多量子阱結(jié)構(gòu)及包含該多量子阱結(jié)構(gòu)的氮化物發(fā)光二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體發(fā)光二極管領(lǐng)域，尤其涉及多量子阱結(jié)構(gòu)及包含該多量子阱結(jié)構(gòu)的氮化物發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)是利用注入的電子空穴在夾于η-型摻雜區(qū)和ρ_型摻雜區(qū)的多量子阱有源區(qū)進(jìn)行復(fù)合輻射發(fā)光的。電流注入效率越高，電子空穴復(fù)合輻射幾率越大，半導(dǎo)體發(fā)光二極管發(fā)光效率就越高。
[0003]傳統(tǒng)的多量子講有源層為GaN量子皇與InGaN量子講結(jié)構(gòu)組成，量子皇作為隔咼層，其厚度要大于量子阱厚度，以更好地起到阻擋卡位的功能。然而由于GaN與InGaN材料晶格不匹配，導(dǎo)致極化效應(yīng)的產(chǎn)生，導(dǎo)致能帶傾斜；另一方面，由于量子限制斯塔克效應(yīng)的影響，應(yīng)力誘導(dǎo)極化場(chǎng)，激子躍迀能力減少與量子阱厚度有關(guān)，大致為eEpd (Ep為壓電場(chǎng)，d為量子阱厚度)，即，當(dāng)量子阱厚度越大，阱內(nèi)電子-空穴波函數(shù)分離則越嚴(yán)重，波函數(shù)重疊積分則大大減小，電子-空穴對(duì)的復(fù)合輻射幾率越低，因而限制了器件內(nèi)量子效率的提高。另外，一般地，內(nèi)量子效率通常在電流密度低于工作電流時(shí)達(dá)到峰值，并伴隨著電流的增大而單調(diào)地降低。這種現(xiàn)象通常稱為“下垂(Droop)”效應(yīng)。此外，GaN量子皇層對(duì)光也具有一定的吸收作用，因此，提高氮化物發(fā)光二極管量子阱有源層的發(fā)光效率是亟需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于，提供的多量子阱結(jié)構(gòu)，能解決上述問(wèn)題或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。
[0005]為此，本實(shí)用新型提出一種氮化物發(fā)光二極管的多量子阱結(jié)構(gòu)，減少阱層與皇層的極化效應(yīng)，提高電子和空穴的復(fù)合輻射機(jī)率，抑制“Droop”效應(yīng)，提高發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。
[0006]多量子阱結(jié)構(gòu)，包括皇層和阱層，所述皇層與所述阱層交替堆疊形成周期性多量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述皇層厚度小于所述阱層厚度。
[0007]優(yōu)選的，所述阱層厚度小于等于45A。
[0008]優(yōu)選的，所述皇層厚度大于等于10A。
[0009]優(yōu)選的，所述阱層與皇層厚度關(guān)系為:10A <皇層厚度<阱層厚度< 45A。
[0010]優(yōu)選的，所述周期性多量子阱結(jié)構(gòu)的厚度為200~2000A。
[0011]優(yōu)選的，所述皇層為GaN層或InGaN層或AlGaN層或AlInGaN層。
[0012]優(yōu)選的，所述周期性多量子阱結(jié)構(gòu)的周期數(shù)大于等于2。
[0013]本實(shí)用新型還提出包含上述多量子阱結(jié)構(gòu)的氮化物發(fā)光二極管，所述氮化物發(fā)光二極管，包括:襯底，以及在所述襯底上依次形成的緩沖層、N型層、多量子阱結(jié)構(gòu)層、P型層、P型接觸層及位于N型層上的N電極和位于P型接觸層上的P電極，所述多量子阱結(jié)構(gòu)層，包括皇層和阱層，所述皇層與所述阱層交替堆疊形成周期性多量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述皇層厚度小于所述阱層厚度。
[0014]優(yōu)選的，所述緩沖層為AlN層、GaN層、AlGaN層中的一種或其中幾種組成的復(fù)合緩沖層。
[0015]優(yōu)選的，所述襯底為藍(lán)寶襯底或氮化鎵基襯底或硅襯底或氮化硅襯底。
[0016]本實(shí)用新型至少具有以下有益效果:皇層厚度小于阱層厚度，減少皇層對(duì)光的吸收作用，再選擇合適的皇層材料與阱層材料減少其晶格不匹配產(chǎn)生的極化效應(yīng)，提高內(nèi)量子效率。此外，較薄的皇層與阱層，同時(shí)減少了電子-空穴的波函數(shù)在空間上的分離，降低器件在使用過(guò)程中的藍(lán)移現(xiàn)象和內(nèi)量子效率隨著電流的增大而單調(diào)地降低的現(xiàn)象(即抑制Droop效應(yīng))，提高器件穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0017]附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0018]圖1為現(xiàn)有量子阱結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)示意圖；其中，圖a為導(dǎo)帶能級(jí)示意圖；圖13為價(jià)帶能級(jí)示意圖。
[0019]圖2為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例之多量子阱結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)示意圖；其中，圖a為導(dǎo)帶能級(jí)示意圖；圖b為價(jià)帶能級(jí)示意圖。
[0020]圖3為氮化物發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]附圖標(biāo)注:10.襯底；20.緩沖層；30.N型層；40.多量子阱結(jié)構(gòu)；41.阱層；42.皇層；43.電子；44.空穴；50.P型層；60.P型接觸層；70.N電極；80.P電極。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0023]以下分別采用現(xiàn)有量子阱結(jié)構(gòu)的能帶圖(附圖1)和本實(shí)用新型提供的多量子阱結(jié)構(gòu)的能帶圖(附圖2)對(duì)比說(shuō)明。
[0024]參見附圖1，現(xiàn)有氮化物發(fā)光二極管的量子阱中皇層42的厚度約100~120A，由于勢(shì)皇比較寬，由P型層50注入的空穴44在量子阱的傳播受到限制，同時(shí)由于皇層42與阱層41的晶格不匹配及皇層42較厚，導(dǎo)致極化效應(yīng)、壓縮應(yīng)力，微觀上導(dǎo)致N型層30注入的電子43與P型層50注入的空穴44復(fù)合輻射效率差，電子43和空穴44的波函數(shù)分離嚴(yán)重。
[0025]本實(shí)用新型提供的氮化物發(fā)光二極管的多量子阱結(jié)構(gòu)，參看附圖2，包括皇層42和阱層41，其中，皇層42與阱層41交替堆疊形成的周期性多量子阱結(jié)構(gòu)40，且周期性多量子阱結(jié)構(gòu)40的周期數(shù)大于等于2。為了減少皇層42的吸光作用和多量子阱結(jié)構(gòu)40的極化效應(yīng)，本實(shí)用新型的多量子阱結(jié)構(gòu)40中，皇層42厚度小于等于阱層41的厚度，其中，阱層41的厚度小于等于45A，皇層42的厚度大于等于10A，并且阱層41與皇層42厚度關(guān)系為:1θΑ <皇層厚度< 阱層厚度< 45A，控制多量子阱結(jié)構(gòu)40的厚度為200~2000A，以減少電子-空穴波函數(shù)空間上的分離。
[0026]具體的，所述講層41為InGaN層，皇層42為GaN層或InGaN層或AlGaN層或AlInGaN層，優(yōu)選為AlInGaN層，其通過(guò)調(diào)整Al、In材料的組分使其與阱層41的晶格常數(shù)相匹配，以減少晶格缺陷，且AlInGaN較高帶隙能級(jí)能更好地起到阻擋作用，提高電子43與空穴44在阱層41的復(fù)合輻射發(fā)光效率。
[0027]進(jìn)一步地，參看附圖3，本實(shí)用新型還提供了氮化物發(fā)光二極管，包括襯底10以及在襯底10上依次形成的緩沖層20、N型層30、量子阱層、P型層50和P型接觸層60，其中，量子阱層為上述的周期性多量子阱結(jié)構(gòu)40。襯底10為藍(lán)寶平片襯底或藍(lán)寶石圖形化襯底或氮化鎵基襯底或硅襯底或氮化硅襯底或玻璃襯底，緩沖層20為AlN層、GaN層、AlGaN層、InGaN層、AlGaN層中的一種或其中任意幾種組成的復(fù)合緩沖層。本實(shí)施例優(yōu)選在藍(lán)寶石圖形化襯底10上先形成AlN/GaN復(fù)合緩沖層20，后再依次形成N型層30、AlInGN皇層42與InGaN阱層41交替形成的多量子阱結(jié)構(gòu)40、P型層50和P型接觸層60，以此方法形成的氮化物發(fā)光二極管再經(jīng)上膠、顯影、曝光、蝕刻等步驟于N型層30和P型接觸成上分別制作N電極70和P電極80。
[0028]本實(shí)用新型中，復(fù)合緩沖層阻擋了藍(lán)寶石襯底與GaN之間晶格缺陷的延伸，提高底層晶體質(zhì)量；同時(shí)控制多量子阱結(jié)構(gòu)40的厚度，使皇層42的厚度小于等于阱層41的厚度，減少皇層42對(duì)光的吸收作用，再選擇合適的皇層42材料與阱層41材料減少其晶格不匹配產(chǎn)生的極化效應(yīng)，提高內(nèi)量子效率。此外，較薄的皇層42與阱層41，同時(shí)減少了電子43-空穴44的波函數(shù)在空間上的分離，降低器件在使用過(guò)程中的藍(lán)移現(xiàn)象和內(nèi)量子效率隨著電流的增大而單調(diào)地降低的現(xiàn)象(即抑制Droop效應(yīng))，提高器件穩(wěn)定性。
[0029]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述具體實(shí)施方案為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，本實(shí)用新型的范圍不限于該實(shí)施例，凡依本實(shí)用新型所做的任何變更，皆屬本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.多量子阱結(jié)構(gòu)，包括皇層和阱層，所述皇層與所述阱層交替堆疊形成周期性多量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述皇層厚度小于所述阱層厚度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述量子阱層厚度小于等于45A。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述量子皇層厚度大于等于1A04.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述量子阱層與量子皇層厚度關(guān)系為:10A <皇層厚度<阱層厚度< 45A。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述多量子阱結(jié)構(gòu)的厚度為200~2000Ao6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述量子皇層為GaN層或InGaN層或AlGaN層或AlInGaN層。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述多量子阱結(jié)構(gòu)的周期數(shù)大于等于2。8.氮化物發(fā)光二極管，包括:襯底，以及在所述襯底上依次形成的緩沖層、N型層、多量子阱結(jié)構(gòu)層、P型層、P型接觸層及位于N型層上的N電極和位于P型接觸層上的P電極，所述多量子阱結(jié)構(gòu)層，包括皇層和阱層，所述皇層與所述阱層交替堆疊形成周期性多量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述皇層厚度小于所述阱層厚度。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于:所述緩沖層為AlN層、GaN層、AlGaN層中的一種或其中任意幾種組成的復(fù)合緩沖層。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于:所述襯底為藍(lán)寶襯底或氮化鎵基襯底或硅襯底或氮化硅襯底。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供的多量子阱結(jié)構(gòu)，包括，壘層和阱層，所述壘層與所述阱層交替堆疊形成周期性多量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述量子壘層厚度小于所述量子阱層厚度；本實(shí)用新型還提供了包含該多量子阱結(jié)構(gòu)的氮化物發(fā)光二極管。本實(shí)用新型通過(guò)控制壘層厚度小于阱層厚度來(lái)改善多量子阱結(jié)構(gòu)的極化效應(yīng)，提高電子-空穴復(fù)合輻射機(jī)率，增加氮化物發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率，同時(shí)，減小器件使用過(guò)程中的藍(lán)移現(xiàn)象，抑制Droop效應(yīng)，提高器件的穩(wěn)定性。
【IPC分類】H01L33/06, H01L33/26
【公開號(hào)】CN204760413
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520520222
【發(fā)明人】藍(lán)永凌, 張家宏, 林兓兓, 謝祥彬, 黃文賓
【申請(qǐng)人】安徽三安光電有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月17日