一種屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，涉及至少有一個(gè)電位躍變勢(shì)壘或表面勢(shì)壘的專門適用于光發(fā)射的半導(dǎo)體器件，該結(jié)構(gòu)由下到上依次排列包括：襯底、緩沖層、非摻雜半導(dǎo)體材料層、摻雜N型半導(dǎo)體材料層、多量子阱層、P型電子阻擋層和P型半導(dǎo)體材料，其中在多量子阱層中通過量子壘中組份漸變的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)量子壘中產(chǎn)生極化體電荷，從而會(huì)起到屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)的作用，克服了屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)效應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)存在屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)的工藝復(fù)雜、效果不明顯和影響空穴傳輸?shù)娜毕荨?br>【專利說明】
一種屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明的技術(shù)方案涉及至少有一個(gè)電位躍變勢(shì)皇或表面勢(shì)皇的專門適用于光發(fā)射的半導(dǎo)體器件，具體地說是一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于發(fā)光二極管具有節(jié)能環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因而備受廣泛關(guān)注，同時(shí)基于發(fā)光二極管技術(shù)的大功率白光二極管具備高亮度、高顯色系數(shù)和色溫穩(wěn)定的特點(diǎn)，將逐漸取代白熾燈和熒光燈等傳統(tǒng)的照明光源。
[0003]雖然發(fā)光二極管技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是目前發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率依然受到其量子阱區(qū)的極化場(chǎng)效應(yīng)的影響。量子阱區(qū)的極化場(chǎng)效應(yīng)導(dǎo)致了阱區(qū)中導(dǎo)帶和價(jià)帶的翹曲，造成了電子波函數(shù)和空穴波函數(shù)在空間上的分離(人們把該效應(yīng)稱之為量子限制斯塔克效應(yīng)，即quantum confined Stark effect，簡(jiǎn)稱為QCSE)，從而減小了電子和空穴之間的發(fā)光復(fù)合幾率，影響了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。QCSE效應(yīng)在II1-V族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管量子阱區(qū)中尤為明顯，極化場(chǎng)的強(qiáng)度可以通過晶格失配的異質(zhì)結(jié)界面處極化電荷的密度來衡量。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)效應(yīng)的常用方式是利用Si摻雜量子皇，利用Si施主雜質(zhì)提供的自由電子屏蔽晶格失配的量子阱/量子皇界面處的極化電荷。該種方式需要對(duì)量子皇中Si的摻雜濃度進(jìn)行準(zhǔn)確控制，如果Si的摻雜濃度較低，則極化場(chǎng)效應(yīng)無法得到有效減弱，如果Si的摻雜濃度大于118CnT3數(shù)量級(jí)，則極化場(chǎng)效應(yīng)可以得到有效地降低，但是高摻雜Si的量子皇又嚴(yán)重制約了空穴的輸運(yùn)效率。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，另外一種屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)效應(yīng)的方式是生長(zhǎng)極化匹配的量子皇和量子阱結(jié)構(gòu)，即使量子皇和量子阱擁有較為接近的晶格常數(shù)，同時(shí)保證量子皇的禁帶寬度依然高于量子阱，如藍(lán)光發(fā)光二極管中提出的InGaN/InAIN型量子阱/量子皇結(jié)構(gòu)。然而，由于InN和AlN生長(zhǎng)溫度的差異較大，所以InAlN型量子皇在外延生長(zhǎng)過程中形成困難和成本較高，可操作性以及可重復(fù)性不強(qiáng)。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，第三種屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)的方式是外延生長(zhǎng)半極性面或者非極性面量子阱結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)的量子阱在根除/減弱極化場(chǎng)效應(yīng)方面具有顯著效果，但是其襯底的制備成本較高，一般需要r-面藍(lán)寶石襯底，GaN或者AlN自支撐襯底，較高的襯底制備成本阻礙了該項(xiàng)技術(shù)的大規(guī)模普及和應(yīng)用，目前，II1-V族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管領(lǐng)域依然是由C-面的發(fā)光二極管處于絕對(duì)的主導(dǎo)地位。
[0007]總之，屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)效應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)，還存在屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)的工藝復(fù)雜、效果不明顯和影響空穴傳輸?shù)娜毕荨?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在多量子阱層中通過量子皇中組份漸變的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)量子皇中產(chǎn)生極化體電荷，從而會(huì)起到屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)的作用，克服了屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)效應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)存在屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)的工藝復(fù)雜、效果不明顯和影響空穴傳輸?shù)娜毕荨?br>[0009]本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由下到上依次排列包括:襯底、緩沖層、非摻雜半導(dǎo)體材料層、摻雜N型半導(dǎo)體材料層、多量子阱層、P型電子阻擋層和P型半導(dǎo)體材料;所述多量子阱層的材質(zhì)為AlxlInylGa1-xl—Y1NZAlx2Iny2Ga1-x2—y2N，式中，x2在0<x2< I范圍內(nèi)沿著
[0001]或[000-1]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化、非線性變化或線性變化與非線性變化二者結(jié)合的變化，y2在OSy2< I范圍內(nèi)沿著
[0001]或[000-1]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化、非線性變化或線性變化與非線性變化二者結(jié)合的變化，O < l-xl-yl,0 < xl < 1,0 <yl < 1,0 < I_x2-y2，量子阱AlxiInyiGai—xi—yiN的厚度為I?20nm，量子皇AlX2lny2Gai—X2-y2N的厚度為5?50nm，量子皇Alx2Iny2Ga1-x2—y2N的最小禁帶寬度大于量子阱AlxlInylGa1-xl—ylN的禁帶寬度。
[0010]上述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，所述襯底為藍(lán)寶石、S1、SiC、AlN、石英玻璃或GaN。
[0011]上述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，所述緩沖層的材質(zhì)為AlxiInyiGa1-x1-yiN，式中，O 仝 xl < l,0<yl < I，0 < 1-xl-yl，厚度為 10 ?50nm。
[0012]上述一種屏蔽量子講中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，所述非摻雜半導(dǎo)體材料層的材質(zhì)為 AlxiInyiGai—xi—yiN，式中,0<xl<l,0<yl<l,0< 1-xl-yl，厚度為 I ?4μηι。
[0013]上述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，所述摻雜N型半導(dǎo)體材料層的材質(zhì)為 AlxlInylGa1-X1I1N,式中，O <xl < l,0<yl < I，0 < 1-xl-yl，厚度為 2 ?8μπι，其中摻雜的雜質(zhì)為Si。
[0014]上述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，所述P型電子阻擋層的材質(zhì)為 AlxiInylGa1-xl—ylN，式中，0<xl < l,0<yl < I，0 < 1-xl-yl，厚度為 10 ?10nm0
[0015]上述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，所述P型半導(dǎo)體材料的材質(zhì)為 AlxiInyiGai—xi—yiN，式中，O < xl < l,0<yl < I，0 < 1-xl-yl，厚度為 100 ?500nmo
[0016]上述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其制備方法采用外延生長(zhǎng)方法，步驟如下:
[0017]第一步，在MOCVD(即金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)反應(yīng)爐中，將襯底于1200°C行烘烤，去除襯底表面異物；
[0018]第二步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第一步處理后的襯底表面外延生長(zhǎng)材質(zhì)為GaN、AlN或AlGaN的厚度為10?50nm的緩沖層；
[0019]第三步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第二步制得的緩沖層上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為Alxi InyiGai—xi—yiN的厚度為I?4μηι的非摻雜半導(dǎo)體材料層；
[0020]第四步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第三步制得的非摻雜半導(dǎo)體材料層上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為AlxlInylGa1-xl—ylN的厚度為2?8μπι的摻雜雜質(zhì)Si的N型半導(dǎo)體材料層104;
[0021]第五步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第四步制得的摻雜雜質(zhì)Si的N型半導(dǎo)體材料層104上外延生長(zhǎng)多量子講層，其材質(zhì)為AlxiInyiGai—xi—yiN/Alx2lny2Gai—x2-y2N，式中，x2在O < x2 < I范圍內(nèi)沿著
[0001]或[000-1]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化、非線性變化或線性變化與非線性變化二者結(jié)合的變化，y2在O < y2 < I范圍內(nèi)沿著[0001 ]或[000-1 ]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化、非線性變化或線性變化與非線性變化二者結(jié)合的變化，O < 1-xl-yl，0< xl <l,0<yl<l,0< I_x2-y2，量子阱AlxlInylGa1-X1I1N的厚度為I?20nm，量子皇Alx2Iny2Ga1-X2I2N的厚度為5?50nm，量子皇Alx2Iny2Ga1-X2I2N的最小禁帶寬度大于量子阱AlxlInylGai—xl—ylN的禁帶寬度；
[0022]上述量子皇Alx2Iny2Ga1-x2—y2N中的x2和y2沿著
[0001]或[000-1]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化、非線性變化或線性變化與非線性變化二者結(jié)合的變化是通過控制設(shè)備中的Al的流量、In的流量和Ga的流量來實(shí)現(xiàn)的，這些是公知的技術(shù)(參考文獻(xiàn)為:科學(xué)出版社的《金屬有機(jī)化合物氣相外延基礎(chǔ)及應(yīng)用》及《氮化物寬禁帶半導(dǎo)體材料與電子器件》)；
[0023]第六步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第五步制得的多量子阱層上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為AlxiInyiGai—xi—yiN的厚度為10?10nm的P型電子阻擋層；
[0024]第七步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第六步制得的P型電子阻擋層上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為AlxiInyiGai—xi—yiN的厚度為100?500nm的P型半導(dǎo)體材料；
[0025]至此制得一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
[0026]上述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，所涉及的原材料均通過公知途徑獲得，制備工藝是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所能掌握的或公知的。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步:
[0028](I)本發(fā)明提出了極化自屏蔽型量子阱結(jié)構(gòu)，即量子阱/量子皇界面處的極化電荷被通過量子皇體內(nèi)的極化體電荷進(jìn)行屏蔽，進(jìn)一步說是，在多量子阱層中通過量子皇中組份漸變的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)量子皇中產(chǎn)生極化體電荷，從而會(huì)起到屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)的作用，屏蔽了量子阱/量子皇界面處的極化面電荷，又通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)控量子皇材料組分變化區(qū)間，調(diào)節(jié)極化體電荷密度，其極化體電荷密度最高可達(dá)102()Cm—3，從而克服了屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)效應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)存在屏蔽量子阱區(qū)極化場(chǎng)的工藝復(fù)雜、效果不明顯和影響空穴傳輸?shù)娜毕荨?br>[0029](2)本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的基于單一組分量子皇機(jī)構(gòu)的發(fā)光二極管，可以將量子阱區(qū)中的極化電場(chǎng)效應(yīng)屏蔽20%以上，同時(shí)組分漸變可以有效地調(diào)整量子皇價(jià)帶勢(shì)皇高度，通過合理優(yōu)化，可以將空穴的輸運(yùn)效率提高50%以上;綜合其極化屏蔽和空穴輸運(yùn)效率提升，把發(fā)光二極管器件的內(nèi)量子效率提高30%以上，同時(shí)獲得小于20%的效率衰減效應(yīng)。
[0030](3)本發(fā)明一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)相比于非極性面和半極性面的外延結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)越的空穴傳輸效率，制備工藝程序簡(jiǎn)單，外延生長(zhǎng)技術(shù)難度較小，且成本較低，還具有較強(qiáng)的可操作性和可重復(fù)性。
【附圖說明】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0032]圖1為本發(fā)明一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0033]圖2(a)為本發(fā)明中，晶格場(chǎng)數(shù)沿著
[0001]生長(zhǎng)方向線性減小的量子皇中產(chǎn)生極化正電荷的能帶示意圖。
[0034]圖2(b)為本發(fā)明中，晶格場(chǎng)數(shù)沿著
[0001]生長(zhǎng)方向線性增加的量子皇中產(chǎn)生極化負(fù)電荷的能帶示意圖。
[0035]圖2(c)為本發(fā)明中，晶格場(chǎng)數(shù)沿著
[0001]生長(zhǎng)方向先線性增加后線性減少的量子皇中產(chǎn)生極化正電荷和負(fù)電荷的能帶示意圖。
[0036]圖3(a)為本發(fā)明中，晶格場(chǎng)數(shù)沿著[000-1]生長(zhǎng)方向線性減小的量子皇中產(chǎn)生極化負(fù)電荷的能帶示意圖。
[0037]圖3(b)為本發(fā)明中，晶格場(chǎng)數(shù)沿著[000-1]生長(zhǎng)方向線性增加的量子皇中產(chǎn)生極化正電荷的能帶示意圖。
[0038]圖3(c)為本發(fā)明中，晶格場(chǎng)數(shù)沿著[000-1]生長(zhǎng)方向先線性增加后線性減少的量子皇中產(chǎn)生極化負(fù)電荷和正電荷的能帶示意圖。
[0039 ]圖中，11.襯底、1 2.緩沖層，1 3.非摻雜半導(dǎo)體材料層，104.摻雜N型半導(dǎo)體材料層，105.多量子阱層，106.P型電子阻擋層，107.P型半導(dǎo)體材料。
【具體實(shí)施方式】
[0040]圖1所不實(shí)施例表明，本發(fā)明一種屏蔽量子講中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)由下到上，即外延生長(zhǎng)方向，依次排列包括:襯底101、緩沖層102、非摻雜半導(dǎo)體材料層
103、摻雜N型半導(dǎo)體材料層104、多量子阱層105、P型電子阻擋層106和P型半導(dǎo)體材料107。
[0041]圖2(a)所示實(shí)施例表明，本發(fā)明中，晶格場(chǎng)數(shù)沿著
[0001]生長(zhǎng)方向線性減小的量子皇中產(chǎn)生極化正電荷的能帶圖；其中黑色實(shí)線代表的是量子阱中的導(dǎo)帶;其中粗黑十字為由于量子皇漸變而引起的正的極化體電荷;量子阱與量子皇界面的虛線下的+和-號(hào)代表量子阱和量子皇界面產(chǎn)生正極化面電荷和負(fù)極化面電荷;其中箭頭所指的方向?yàn)橥庋由L(zhǎng)方向，其為
[0001]生長(zhǎng)方向。
[0042]圖2(b)所示實(shí)施例表明，本發(fā)明中，晶格場(chǎng)數(shù)沿著
[0001]生長(zhǎng)方向線性增加的量子皇中產(chǎn)生極化負(fù)電荷的能帶圖；其中黑色實(shí)線代表的是量子阱中的導(dǎo)帶;其中粗黑-號(hào)為由于量子皇漸變而引起的負(fù)的極化體電荷;量子阱與量子皇界面的虛線下的+和-號(hào)代表量子阱和量子皇界面產(chǎn)生正極化面電荷和負(fù)極化面電荷;其中箭頭所指的方向?yàn)橥庋由L(zhǎng)方向，其為
[0001]生長(zhǎng)方向。
[0043]圖2(c)所示實(shí)施例表明，本發(fā)明中，晶格場(chǎng)數(shù)沿著
[0001]生長(zhǎng)方向先線性增加后線性減少的量子皇中產(chǎn)生極化正電荷和負(fù)電荷的能帶圖；其中黑色實(shí)線代表的是量子阱中的導(dǎo)帶；其中粗黑+和-號(hào)為由于量子皇漸變而引起的正的極化體電荷和負(fù)的極化體電荷;量子阱與量子皇界面的虛線下的+和-號(hào)代表量子阱和量子皇界面產(chǎn)生正極化面電荷和負(fù)極化面電荷;其中箭頭所指的方向?yàn)橥庋由L(zhǎng)方向，其為
[0001]生長(zhǎng)方向。
[0044]圖3(a)所示實(shí)施例表明，本發(fā)明中，晶格場(chǎng)數(shù)沿著[000-1]生長(zhǎng)方向線性減小的量子皇中產(chǎn)生極化負(fù)電荷的能帶圖；其中黑色實(shí)線代表的是量子阱中的導(dǎo)帶;其中粗黑-號(hào)為由于量子皇漸變而引起的負(fù)的極化體電荷;量子阱與量子皇界面的虛線下的+和-號(hào)代表量子阱和量子皇界面產(chǎn)生正極化面電荷和負(fù)極化面電荷;其中箭頭所指的方向?yàn)橥庋由L(zhǎng)方向，其為[000-1]生長(zhǎng)方向。
[0045]圖3(b)所示實(shí)施例表明，本發(fā)明中，晶格場(chǎng)數(shù)沿著[000-1]生長(zhǎng)方向線性增加的量子皇中產(chǎn)生極化正電荷的能帶圖；其中黑色實(shí)線代表的是量子阱中的導(dǎo)帶;其中粗黑+號(hào)為由于量子皇漸變而引起的正的極化體電荷;量子阱與量子皇界面的虛線下的+和-號(hào)代表量子阱和量子皇界面產(chǎn)生正極化面電荷和負(fù)極化面電荷;其中箭頭所指的方向?yàn)橥庋由L(zhǎng)方向，其為[000-1]生長(zhǎng)方向。
[0046]圖3(c)所示實(shí)施例表明，本發(fā)明中，晶格場(chǎng)數(shù)沿著[000-1]生長(zhǎng)方向先線性增加后線性減少的量子皇中產(chǎn)生極化負(fù)電荷和正電荷的能帶圖；其中黑色實(shí)線代表的是量子阱中的導(dǎo)帶;其中粗黑+和-號(hào)為由于量子皇漸變而引起的正的極化體電荷和負(fù)的極化體電荷；量子阱與量子皇界面的虛線下的+和-號(hào)代表量子阱和量子皇界面產(chǎn)生正極化面電荷和負(fù)極化面電荷;其中箭頭所指的方向?yàn)橥庋由L(zhǎng)方向，其為[000-1]生長(zhǎng)方向。
[0047]實(shí)施例1
[0048]本實(shí)施例的一種屏蔽量子講中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)由下到上依次排列包括:襯底101、緩沖層102、非摻雜半導(dǎo)體材料層103、摻雜N型半導(dǎo)體材料層104、多量子阱層105、P型電子阻擋層106和P型半導(dǎo)體材料107;所述多量子阱層105的材質(zhì)為Al0.9Ga0.1N/Alx2Ga1-x2N，式中，x2在0.9 < x2 ^ I范圍內(nèi)沿著
[0001]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化，量子講Al0.gGa0.ιΝ的厚度為Inm,量子皇AlX2lny2Gai—X2-y2N的厚度為5nm，量子皇AlX2Gai—X2N的最小禁帶寬度大于量子阱Al0.sGauN的禁帶寬度。
[0049]上述中，襯底101為藍(lán)寶石;緩沖層102的材質(zhì)為A1N，厚度為1nm;非摻雜半導(dǎo)體材料層103的材質(zhì)為A1N，厚度為Ιμπι;摻雜N型半導(dǎo)體材料層104的材質(zhì)為A1N，厚度為2μπι，其中摻雜的雜質(zhì)為Si ; P型電子阻擋層106的材質(zhì)為AlN，厚度為1nm; P型半導(dǎo)體材料107的材質(zhì)為Α1Ν，厚度為lOOnm。
[0050]上述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其制備方法采用外延沿著
[0001]方向生長(zhǎng)的方法，步驟如下:
[0051 ]第一步，在MOCVD (即金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)反應(yīng)爐中，將藍(lán)寶石襯底101于1200 V行烘烤，去除襯底表面異物；
[0052]第二步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第一步處理后的藍(lán)寶石襯底101表面外延生長(zhǎng)材質(zhì)為AlN的厚度為1nm的緩沖層102;
[0053]第三步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第二步制得的緩沖層102上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為AlN的厚度為Iym的非摻雜半導(dǎo)體材料層103;
[0054]第四步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第三步制得的非摻雜半導(dǎo)體材料層103上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為Al的厚度為2μηι的摻雜雜質(zhì)Si的N型半導(dǎo)體材料層104;
[0055]第五步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第四步制得的摻雜雜質(zhì)Si的N型半導(dǎo)體材料層104上外延生長(zhǎng)多量子阱層105，其材質(zhì)為AltL9GatL1NAlx2Ga1-χ2Ν，式中，χ2在0.9<χ2< I范圍內(nèi)沿著[0001 ]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化，量子阱Al0.gGa0.ιΝ厚度為Inm，量子皇Alx2Iny2Ga1-x2—y2N的厚度為5nm，量子皇Alx2GamN的最小禁帶寬度大于量子阱Al0.9Ga0.1N的禁帶寬度;所述Alx2GamN中的x2沿著
[0001]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化是通過控制設(shè)備中的Al的流量、In的流量和Ga的流量來實(shí)現(xiàn)的，這是公知的技術(shù)(參考文獻(xiàn)為:科學(xué)出版社的《金屬有機(jī)化合物氣相外延基礎(chǔ)及應(yīng)用》及《氮化物寬禁帶半導(dǎo)體材料與電子器件》)；
[0056]第六步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第五步制得的多量子阱層105上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為AlN的厚度為1nm的P型電子阻擋層106;
[0057]第七步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第六步制得的P型電子阻擋層106上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為AlN的厚度為10nm的P型半導(dǎo)體材料107;
[0058]至此制得本實(shí)施例的一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
[0059]實(shí)施例2
[0060]本實(shí)施例的一種屏蔽量子講中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由下到上依次排列包括:襯底101、緩沖層102、非摻雜半導(dǎo)體材料層103、摻雜N型半導(dǎo)體材料層104、多量子阱層105、P型電子阻擋層106和P型半導(dǎo)體材料107;所述多量子阱層105的材質(zhì)為 In0.2Ga0.SN/AlX2Ga1-X2N，量子講 In0.2Ga0.sN 的厚度為 5nm，量子皇 AlX2Gai—X2N 的厚度為 25nm，且式中，x2在O <x2< I范圍內(nèi)沿著[000-1]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)非線性變化，量子皇Alx2GamN的最小禁帶寬度大于量子阱In0.2Ga0.8N的禁帶寬度。
[0061 ]上述中，襯底101為Si;緩沖層102的材質(zhì)為GaN，厚度為30nm;非摻雜半導(dǎo)體材料層103的材質(zhì)為GaN，厚度為2.5μπι;摻雜N型半導(dǎo)體材料層104的材質(zhì)為GaN，厚度為5μπι，其中摻雜的雜質(zhì)為Si ;Ρ型電子阻擋層106的材質(zhì)為AlQ.2GaQ.8Ν，厚度為50nm;P型半導(dǎo)體材料107的材質(zhì)為GaN，厚度為300nm。
[0062]上述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其制備方法采用沿著[000-1 ]方向的外延生長(zhǎng)方法，步驟如下:
[0063]第一步，在MOCVD(即金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)反應(yīng)爐中，將Si襯底101于1200 °C行烘烤，去除襯底表面異物；
[0064]第二步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第一步處理后的Si襯底101表面外延生長(zhǎng)材質(zhì)為GaN的厚度為30nm的緩沖層102;
[0065]第三步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第二步制得的緩沖層102上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為GaN的厚度為2.5μηι的非摻雜半導(dǎo)體材料層103 ；
[0066]第四步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第三步制得的非摻雜半導(dǎo)體材料層103上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為GaN的厚度為5μηι的摻雜雜質(zhì)Si的N型半導(dǎo)體材料層104;
[0067]第五步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第四步制得的摻雜雜質(zhì)Si的N型半導(dǎo)體材料層104上外延生長(zhǎng)多量子講層105，材質(zhì)為In0.2Ga0.SN/AlX2Ga1-X2N，量子講In0.2Ga0.sN的厚度為5nm，量子皇Al^Ga1-X2N的厚度為25nm，且式中，x2在O < x2 < I范圍內(nèi)沿著[000-1]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)非線性變化，量子皇Als2Ga1-X2N的最小禁帶寬度大于量子阱In0.2Ga0.sN的禁帶寬度;所述Alx2Gan2N中的x2沿著[000-1]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)非線性變化是通過控制設(shè)備中的Al的流量、In的流量和Ga的流量來實(shí)現(xiàn)的，這是公知的技術(shù)(參考文獻(xiàn)為:科學(xué)出版社的《金屬有機(jī)化合物氣相外延基礎(chǔ)及應(yīng)用》及《氮化物寬禁帶半導(dǎo)體材料與電子器件》)；
[0068]第六步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第五步制得的多量子阱層105上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為Al0.2GaQ.8N的厚度為50nm的P型電子阻擋層106;
[0069]第七步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第六步制得的P型電子阻擋層106上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為GaN的厚度為300nm的P型半導(dǎo)體材料107;
[0070]至此制得本實(shí)施例的一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
[0071]實(shí)施例3
[0072]本實(shí)施例的一種屏蔽量子講中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由下到上依次排列包括:襯底101、緩沖層102、非摻雜半導(dǎo)體材料層103、摻雜N型半導(dǎo)體材料層
104、多量子阱層105、P型電子阻擋層106和P型半導(dǎo)體材料107;所述多量子阱層105的材質(zhì)為InN/Iny2Ga1-y2N，式中，y2在0^y2^1范圍內(nèi)沿著[0001 ]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化與非線性變化二者結(jié)合的變化，量子阱InN的厚度為20nm，量子皇Iny2Gai—y2N的厚度為50nm，量子皇Iny2Ga1-Y2N的最小禁帶寬度大于量子阱InN的禁帶寬度。
[0073]上述中，襯底101為SiC;緩沖層102的材質(zhì)為InN，厚度為50nm;非摻雜半導(dǎo)體材料層103的材質(zhì)為In0.gGa0.1N，厚度為4μηι;摻雜N型半導(dǎo)體材料層104的材質(zhì)為In0.gGa0.1N，厚度為8μηι，其中摻雜的雜質(zhì)為Si ; P型電子阻擋層106的材質(zhì)為GaN，厚度為10nm; P型半導(dǎo)體材料107的材質(zhì)為Intx9Ga0.!N，厚度為500nm。
[0074]上述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其制備方法采用沿著
[0001]方向外延的生長(zhǎng)方法，步驟如下:
[0075]第一步，在MOCVD(即金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)反應(yīng)爐中，將SiC襯底101于1200 °C行烘烤，去除襯底表面異物；
[0076]第二步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第一步處理后的襯底101表面外延生長(zhǎng)材質(zhì)為InN的厚度為50nm的緩沖層102，；
[0077]第三步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第二步制得的緩沖層102上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為In0.9Ga0.1N的厚度為4μηι的非摻雜半導(dǎo)體材料層103;
[0078]第四步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第三步制得的非摻雜半導(dǎo)體材料層103上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為In0.9Ga0.1N的厚度為8μηι的摻雜雜質(zhì)Si的N型半導(dǎo)體材料層104;
[0079]第五步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第四步制得的摻雜雜質(zhì)Si的N型半導(dǎo)體材料層104上外延生長(zhǎng)多量子阱層105，其材質(zhì)為InN/Iny2Ga1-y2N，式中，y2在O < y2 < I范圍內(nèi)沿著
[0001]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化與非線性變化二者結(jié)合的變化，量子阱InN厚度為20nm，量子皇Iny2Gai—y2N的厚度為50nm，量子皇Alx2Iny2Gai—x2—y2N的最小禁帶寬度大于量子阱Iny2Gai—y2N的禁帶寬度;所述Iny2Gai—y2N中的y2沿著
[0001]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化與非線性變化二者結(jié)合的變化是通過控制設(shè)備中的Al的流量、In的流量和Ga的流量來實(shí)現(xiàn)的，這是公知的技術(shù)(參考文獻(xiàn)為:科學(xué)出版社的《金屬有機(jī)化合物氣相外延基礎(chǔ)及應(yīng)用》及《氮化物寬禁帶半導(dǎo)體材料與電子器件》)；
[0080]第六步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第五步制得的多量子阱層105上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為GaN的厚度為10nm的P型電子阻擋層106;
[0081]第七步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第六步制得的P型電子阻擋層106上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為In0.gGa0.1f^]厚度為500nm的P型半導(dǎo)體材料107;
[0082]至此制得本實(shí)施例的一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
[0083]實(shí)施例4
[0084]本實(shí)施例的一種屏蔽量子講中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)由下到上依次排列包括:襯底101、緩沖層102、非摻雜半導(dǎo)體材料層103、摻雜N型半導(dǎo)體材料層104、多量子阱層105、P型電子阻擋層106和P型半導(dǎo)體材料107;所述多量子阱層105的材質(zhì)為GaN/Alx2Gai—x2N，式中，x2在O < x2 ^ I范圍內(nèi)沿著
[0001]生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化，量子阱AlN的厚度為Inm和量子皇Alx2GamN的厚度為5nm，量子皇Alx2GamN的最小禁帶寬度大于量子阱GaN的禁帶寬度。
[0085]上述中，襯底101為AlN;緩沖層102的材質(zhì)為Al0.2Ga0.8N，厚度為1nm;非摻雜半導(dǎo)體材料層103的材質(zhì)為Al ο.2Ga0.sN，厚度為Ιμπι;摻雜N型半導(dǎo)體材料層104的材質(zhì)為Al0.2GaQ.8N，厚度為2μπι，其中摻雜的雜質(zhì)為Si;P型電子阻擋層106的材質(zhì)為AlQ.2GaQ.8N，厚度為10nm;P型半導(dǎo)體材料107的材質(zhì)為A1N，厚度為lOOnm。
[0086]上述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其制備方法采用外延沿著
[0001]方向生長(zhǎng)的方法，步驟如下:
[0087]第一步，在MOCVD(即金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)反應(yīng)爐中，將AlN襯底101于1200 °C行烘烤，去除襯底表面異物；
[0088]第二步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第一步處理后的AlN襯底101表面外延生長(zhǎng)材質(zhì)為AlN的厚度為1nm的緩沖層102;
[0089]第三步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第二步制得的緩沖層102上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為Al0.2Ga0.8N的厚度為Ιμπι的非摻雜半導(dǎo)體材料層103;
[0090]第四步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第三步制得的非摻雜半導(dǎo)體材料層103上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為Al0.2Ga0.8N的厚度為2μηι的摻雜雜質(zhì)Si的N型半導(dǎo)體材料層104;
[0091]第五步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第四步制得的摻雜雜質(zhì)Si的N型半導(dǎo)體材料層104上外延生長(zhǎng)多量子阱層105，其材質(zhì)為GaN/Alx2Ga1-x2N，式中，χ2在O < χ2 < I范圍內(nèi)沿著
[0001]生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化，量子阱AlN的厚度為Inm和量子皇Alx2GauN的厚度為5nm，量子皇Alx2Gapx2N的最小禁帶寬度大于量子阱GaN的禁帶寬度;所述Alx2GamN中的x2沿著[0001 ]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化是通過控制設(shè)備中的Al的流量、In的流量和Ga的流量來實(shí)現(xiàn)的，這是公知的技術(shù)(參考文獻(xiàn)為:科學(xué)出版社的《金屬有機(jī)化合物氣相外延基礎(chǔ)及應(yīng)用》及《氮化物寬禁帶半導(dǎo)體材料與電子器件》)；
[0092]第六步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第五步制得的多量子阱層105上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為AlN的厚度為1nm的P型電子阻擋層106;
[0093]第七步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第六步制得的P型電子阻擋層106上外延生長(zhǎng)材質(zhì)為AlN的厚度為10nm的P型半導(dǎo)體材料107;
[0094]至此制得本實(shí)施例的一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
[0095]實(shí)施例5
[0096]除所述襯底101為石英玻璃之外，其他同實(shí)施例2。
[0097]至此制得本實(shí)施例的一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
[0098]實(shí)施例6
[0099]除所述襯底101為GaN之外，其他同實(shí)施例3。
[0100]至此制得本實(shí)施例的一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
[0101]上述實(shí)施例中所涉及的原材料均通過公知途徑獲得，制備工藝是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所能掌握的或公知的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:該結(jié)構(gòu)由下到上依次排列包括:襯底、緩沖層、非摻雜半導(dǎo)體材料層、摻雜N型半導(dǎo)體材料層、多量子阱層、P型電子阻擋層和P型半導(dǎo)體材料；所述多量子阱層的材質(zhì)為AlxlInylGa1IwiN/Alx2Iny2Ga1-x2—y2N，式中，x2在O < x2 ^ I范圍內(nèi)沿著[0001]或[000-1]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化、非線性變化或線性變化與非線性變化二者結(jié)合的變化，y2在OS y2< I范圍內(nèi)沿著[0001]或[000-1]的生長(zhǎng)方向呈現(xiàn)線性變化、非線性變化或線性變化與非線性變化二者結(jié)合的變化，OS l-xl-yl，0<xl < l,0<yl < I，0 < I_x2-y2，量子阱 AlxlInylGa1-xl—ylN 的厚度為I?20nm，量子皇AluInpGau—wN的厚度為5?50nm，量子皇Alx2Iny2Ga1-X2I2N的最小禁帶寬度大于量子阱AlxlInylGa1-xl—ylN的禁帶寬度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述襯底為藍(lán)寶石、S1、SiC、AlN、石英玻璃或GaN。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述緩沖層的材質(zhì)為AlxiInyiGai—xi—yiN，式中，0<xl<l，0<yl<l，0< l_xl_yl，厚度為10?50nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述非摻雜半導(dǎo)體材料層的材質(zhì)為AlxiInyiGa1-x1-yiN，式中，0 ^ xl ^ I，0 ^ yl ^ I，0 <Ι-xl-yl，厚度為I?4μηι。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述摻雜N型半導(dǎo)體材料層的材質(zhì)為AlxiInyiGa1-x1-yiN，式中，0 ^ xl ^ I，0 ^ yl ^ I，0 <Ι-xl-yl，厚度為2?8μηι，其中摻雜的雜質(zhì)為Si。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述P型電子阻擋層的材質(zhì)為AlxiInyiGai—xi—yiN，式中，0<xl<l，0<yl<l，0< l_xl_yl，厚度為10?10nm07.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種屏蔽量子阱中極化場(chǎng)效應(yīng)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述P型半導(dǎo)體材料的材質(zhì)為AlxiInyiGai—xi—yiN，式中，0<xl<l，0<yl<l，0< l_xl_yl，厚度為100?500nmo
【文檔編號(hào)】H01L21/205GK105870274SQ201610260332
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】張紫輝, 張勇輝, 畢文剛, 徐庶, 耿翀
【申請(qǐng)人】河北工業(yè)大學(xué)