量子阱結(jié)構(gòu)、發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及發(fā)光二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管（Light Emitting Diode,簡稱LED)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉 及一種高內(nèi)量子效率的量子阱結(jié)構(gòu)、發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002] 以GaN為代表的寬禁帶材料，是繼Si和GaAs之后的第三代半導體。由于外延技 術(shù)的突破，在上個世紀九十年代期間有快速的發(fā)展。在近二十年的時間內(nèi)，GaN半導體照明 已變成全球性研究發(fā)展課題，而GaN市場中LED又占了主要份額。
[0003] 波長為540nm-570nm的黃綠光是人們生理視覺上最敏感的響應區(qū)域，這一波段的 單色光在相同輻射能量下，人眼的感受最為敏感。如果能將波長在540nm-570nm的高效的 黃綠光LED器件，加入到光源的制作中，不但能夠使全彩顯示光源更具多樣化的選擇，而且 對提高白光LED的顯色指數(shù)和流明效率大有幫助，必將加速推進LED器件取代傳統(tǒng)照明和 顯示光源的步伐。
[0004] 我們目前通常在C面藍寶石襯底上外延GaN基LED，得到的是C面GaN，III - V族 氮化物材料的空間結(jié)構(gòu)不具有空間中心反演對稱，并且V族元素的原子和N原子的電負性 相差很大，因此沿GaN的〈0001〉方向具有很強的極性。這一極化效應將產(chǎn)生強度較高的內(nèi) 建電場，并且使正負載流子在空間上分離，這樣導致發(fā)光波長紅移，更嚴重的后果是電子和 空穴波函數(shù)交疊變少，材料的發(fā)光效率大大降低。
[0005] 并且，黃綠光LED主要采用高In組分氮化物合金作為有源區(qū)的發(fā)光材料。氮化物 材料LED隨著波長的紅移，有源區(qū)In組分的提高，其內(nèi)外量子效率都會迅速下降。當波長大 于530nm時，其內(nèi)量子效率甚至低于10%。通常情況下，LED的波長由量子阱的厚度和In的 組分共同調(diào)節(jié)，由于波長對量子阱的厚度十分敏感，因此，在常用的調(diào)節(jié)波長的方法中，隨 著量子阱In組分的增加，極化電場也會相應的增加，這兩方面因素大大制約了長波長LED 內(nèi)量子效率的提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種新量子阱結(jié)構(gòu)的LED外延材料結(jié)構(gòu)，以 提高LED發(fā)光效率。
[0007] -種量子阱結(jié)構(gòu)，其包括靠近P摻雜區(qū)的單量子阱結(jié)構(gòu)及靠近N摻雜區(qū)的多量子 阱結(jié)構(gòu)，所述單量子阱結(jié)構(gòu)為有源層的發(fā)光區(qū)，且所述單量子阱結(jié)構(gòu)的禁帶寬度小于所述 多量子阱結(jié)構(gòu)的禁帶寬度。
[0008] 本發(fā)明一較佳實施方式中，所述多量子阱結(jié)構(gòu)中量子阱的數(shù)目大于等于2。
[0009] 本發(fā)明一較佳實施方式中，所述單量子阱結(jié)構(gòu)和所述多量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱均由 含銦和鎵的氮化物構(gòu)成。
[0010] 本發(fā)明一較佳實施方式中，所述單量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱的含銦和鎵的氮化物為 InxGa1 XN，其中0. 20〈x〈0. 45,所述多量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱的含銦和鎵的氮化物為InyGa1 yN， 其中 0· 05〈y〈0. 2。 toon] 本發(fā)明一較佳實施方式中，所述單量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱的含銦和鎵的氮化物為 InxGa1 XN，所述多量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱的含銦和鎵的氮化物為InyGa1 yN，x>y，x-y>0· 05。
[0012] 本發(fā)明一較佳實施方式中，所述單量子阱結(jié)構(gòu)的阱寬為2nm~3nm，所述多量子阱 結(jié)構(gòu)的講寬為2nm~3nm。
[0013] 本發(fā)明一較佳實施方式中，所述單量子阱結(jié)構(gòu)和所述多量子阱結(jié)構(gòu)之間的壘寬為 IOnm~20nm，所述多量子講結(jié)構(gòu)的壘寬為IOnm~20nm。
[0014] 本發(fā)明一較佳實施方式中，所述多量子阱結(jié)構(gòu)還包括基本多量子阱結(jié)構(gòu)和/或基 本超晶格結(jié)構(gòu)。
[0015] -種發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其包括襯底、成核層、不摻雜的氮化物緩沖層、N型電子 注入層、P型空穴注入層及如上所述的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)位于所述N型電子注入 層和所述P型空穴注入層之間。
[0016] -種發(fā)光二極管，其包括如上所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
[0017] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的所述量子阱結(jié)構(gòu)中，發(fā)光的窄禁帶寬度的單量子 阱結(jié)構(gòu)復合寬禁帶寬度的多量子阱結(jié)構(gòu)，能夠顯著提高較低禁帶寬度量子阱的輻射復合效 率，進而可以很好地提高長波長LED的發(fā)光效率。
[0018] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠 更明顯易懂，以下特舉實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明第一實施例提供的量子阱結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明第二實施例提供的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明實施例1的電熒光譜圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明實施例2的電熒光譜圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0024] 請參閱圖1，本發(fā)明第一實施例提供一種量子阱結(jié)構(gòu)10,其包括靠近P摻雜區(qū)的單 量子阱結(jié)構(gòu)100及靠近N摻雜區(qū)的多量子阱結(jié)構(gòu)200,所述單量子阱結(jié)構(gòu)100為有源層的發(fā) 光區(qū)，且所述單量子阱結(jié)構(gòu)100的禁帶寬度小于所述多量子阱結(jié)構(gòu)200的禁帶寬度。
[0025] 可以理解的是，所述單量子阱結(jié)構(gòu)100包括一個量子阱101，所述多量子阱結(jié)構(gòu) 200包括多個量子阱201。
[0026] 本實施例中，所述多量子阱結(jié)構(gòu)200中量子阱201的數(shù)目大于等于2,即所述多量 子阱結(jié)構(gòu)200包括至少兩個量子阱201，圖1所示所述多量子阱結(jié)構(gòu)200包括三個量子阱 201，當然，并不局限于次，所述多量子阱結(jié)構(gòu)200還可以包括更多的量子阱201。
[0027] 本實施例中，所述單量子阱結(jié)構(gòu)100和所述多量子阱結(jié)構(gòu)200均由含銦和鎵的氮 化物構(gòu)成。具體地，所述單量子阱結(jié)構(gòu)100的量子阱的含銦和鎵的氮化物為InxGa1 XN，其 中0. 20〈x〈0. 45,所述多量子阱結(jié)構(gòu)200的量子阱的含銦和鎵的氮化物為InyGa1 yN，其中 0. 05〈y〈0. 2。進一步地，所述單量子阱結(jié)構(gòu)100的量子阱的含銦和鎵的氮化物為InxGa1 XN， 所述多量子阱結(jié)構(gòu)200的量子阱的含銦和鎵的氮化物為InyGa1 yN，x>y，x-y>0. 05。
[0028] 優(yōu)選地，所述單量子阱結(jié)構(gòu)100的阱寬為2nm~3nm，所述多量子阱結(jié)構(gòu)200的阱 寬為2nm~3nm，即所述多量子阱結(jié)構(gòu)200中的量子阱的阱寬為2nm~3nm。
[0029] 優(yōu)選地，所述單量子阱結(jié)構(gòu)100和所述多量子阱結(jié)構(gòu)200之間的壘寬為IOnm~ 20nm ;所述多量子講結(jié)構(gòu)200的壘寬為IOnm~20nm，B卩所述多量子講結(jié)構(gòu)200中的量子講 之間的壘寬為IOnm~20nm。
[0030] 可以理解的是，所述多量子阱結(jié)構(gòu)200的阱寬可以相同或不同，且所述多量子阱 結(jié)構(gòu)200的合金材料的組分也可以相同或不同。
[0031] 進一步地，所述多量子阱結(jié)構(gòu)200還包括基本多量子阱結(jié)構(gòu)和/或基本超晶格結(jié) 構(gòu)（即具有超晶格特點的耦合多量子阱結(jié)構(gòu)）。
[0032] 所述量子阱結(jié)構(gòu)中，發(fā)光的窄禁帶寬度的單量子阱結(jié)構(gòu)100復合寬禁帶寬度的多 量子阱結(jié)構(gòu)200,能夠顯著提高較低禁帶寬度量子阱的輻射復合效率，進而可以很好地提高 長波長LED的發(fā)光效率。
[0033] 所述量子阱結(jié)構(gòu)10可通過多個耦合阱的阱寬不同或耦合阱的合金材料組分不 同、多個窄壘的壘寬不同或多個窄壘的合金材料組分不同以及基本周期性結(jié)構(gòu)和基