專利名稱：一種加強載流子注入效率的氮化物發(fā)光二極管以及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)光二極管領(lǐng)域，具體涉及一種加強載流子注入效率的氮化物發(fā)光二極管，本發(fā)明還具體包括該二極管的制作方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light-emitting diode, LED)是一種注入電致發(fā)光器件。GaN基材料的LED波長可調(diào)范圍理論上覆蓋了整個可見光波段，故其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊?；贕aN基材料的氮化物L(fēng)ED器件在大屏幕全色顯示、電視電腦背光源、汽車照明，道路照明和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。最近LED在室內(nèi)照明中的應(yīng)用也越變普遍，并預(yù)計會逐漸取代傳統(tǒng)的日光燈成為新一代照明光源。雖然LED在節(jié)能和智能控制方面具有傳統(tǒng)照明光源所沒有的優(yōu)勢而越受關(guān)注，但目前LED的發(fā)光效率相對還是較低，還有很多技術(shù)問題需要進一步解決。例如從LED外延結(jié)構(gòu)方面來說，如何優(yōu)化外延結(jié)構(gòu)，提高載流子的注入效率是進一步提高LED器件性能的關(guān)鍵之一。目前，氮化物L(fēng)ED器件的載流子注入方式為雙極性輸入，即電子和空穴分別從有有源層兩端的電子注入層和空穴注入層輸入到多量子阱有源層區(qū)中。在傳統(tǒng)LED中，載流子的輸入主要靠其本身的輸運特性，同時由于傳統(tǒng)有源層多量子阱中的電子基態(tài)能量相等的結(jié)構(gòu)限制(能帶示意圖如說明書附圖1所示)，載流子在有源層中得不到有效輸運，其分布不均勻且不可控。為了控制載流子在有源層中的分布和控制其復(fù)合發(fā)光的位置，美國專利《LIGHT EMITTINGDIODE HAVING ACTIVE REGION OF MULTI QUANTUM WELLSTRUCTURE》(專利號US 7649195B2)公布了一種LED外延結(jié)構(gòu)，通過在多量子阱有源層中插入一層帶隙更大的中間勢壘層，從而使電子和空穴在有源層中的分布和復(fù)合位置變的可控，進而提高了 LED的發(fā)光性能。為進一步提高LED有源區(qū)的載流子注入效率，相關(guān)科學(xué)人員提出了通過在有源區(qū)前插入一電子發(fā)射層的方法。例如美國專利《LIGHT EMITTING DIODESffITH ASYMMETRIC RESONANCE TUNNELLING》(專利號US 6614060B1)和中國專利《一種非對稱多量子阱結(jié)構(gòu)的藍光LED及其制作方法》(申請?zhí)?00810208079. 1)所公布的，在多量子阱有源層前插入單層或多層InGaN或AlfeJnP電子發(fā)射層，以提高LED的電子注入效率。研究表明，通過該電子發(fā)射層，更多的電子在此層積累并隧穿注入到真正的發(fā)光有源層中，從而提高了 LED的電子注入效率。另一方面，由于空穴有效質(zhì)量比電子有效質(zhì)量更大，有關(guān)科學(xué)人員認(rèn)為空穴載流子注入和輸運較電子更為困難，也制約著LED效率的提高(有關(guān)報道請參閱文獻:X. Ni, Q. Fan, R. Shimada7LImit Ozglir, and H. Morko, “ Reduction of efficiency droop in InGaN light emitting diodes by coupled quantumwells " , Appl. Phys. Lett. 93，171113(2008)和 J. -Y. Zhang,L. -E Cai，B. -P. Zhang,X. _L. Hu,F. Jiang, J. _Z. Yu, and Q. -M. Wang, " Efficient hole transport in asymmetriccoupled InGaN multiple quantum wells" ,Appl. Phys. Lett. 95,161110 (2009)) 有鑒于此，中國專利《一種氮化物發(fā)光器件及其制備方法》(申請?zhí)?00910111571. 1)公布了在整個LED有源層中采用一種利用非對稱的量子阱結(jié)構(gòu)提高空穴載流子的輸運效率的LED結(jié)構(gòu)。由于該結(jié)構(gòu)只考慮對空穴載流子的提高作用，實際上對電子的注入有一定的抑制。同時由于該結(jié)構(gòu)覆蓋整個有源層區(qū)，其量子阱中的電子基態(tài)能量都不同，故會影響出光波長的穩(wěn)定性。另外，由于目前氮化物L(fēng)ED外延一般是沿著極性W001]方向生長，由于極化效應(yīng)的存在，在傳統(tǒng)的LED結(jié)構(gòu)中存在嚴(yán)重的載流子泄漏，這在高注入高功率的應(yīng)用中尤為明顯。(有關(guān)報道請參閱文獻 M. -H. Kim, M. F. Schubert, Q. Dai，J. K. Kim, E. F. Schubert, J. Piprek and Y. Park, " Origin of efficiency droop inGaN-based light-emitting diodes"，Appl.Phys. Lett.，91，183507 (2007))。綜上所述，較低的電子和空穴載流子注入效率和嚴(yán)重的載流子泄漏大大降低了 LED器件的量子效率，也導(dǎo)致了功率LED器件在高注入下效率明顯下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有氮化物發(fā)光二極管有源層區(qū)的電子和空穴注入效率較低的缺陷，提供一種能同時加強電子和空穴載流子注入效率的氮化物發(fā)光二極管。該二極管器件可以同時實現(xiàn)電子和空穴載流子在多量子阱有源層區(qū)的有效注入和輸運，從而改善傳統(tǒng)發(fā)光二極管中載流子注入效率低下和分布不均的現(xiàn)象，同時該結(jié)構(gòu)也能抑制電子和空穴的泄漏，提高LED器件的效率和性能。本發(fā)明同時給出了上述發(fā)光二極管的制作方法， 這種改進的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，對生長設(shè)備和工藝條件沒有特殊要求，在不會對后續(xù)的生長和工藝步驟產(chǎn)生較大改動的基礎(chǔ)上，提高了發(fā)光二極管的性能。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下技術(shù)特征一種加強載流子注入效率的氮化物發(fā)光二極管，至少包括n型電子注入層、耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層和ρ型空穴注入層；所述耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層包括接近η型電子注入層的電子注入加強量子阱層，接近ρ型空穴注入層的空穴注入加強量子阱層以及在這兩個注入加強量子阱層中間的復(fù)合量子阱區(qū)層；所述兩個注入加強量子阱層通過電子基態(tài)能量漸改變的多量子阱結(jié)構(gòu)，使載流子趨向于注入復(fù)合量子阱區(qū)層。本發(fā)明的優(yōu)勢在于利用有源層中量子阱的電子基態(tài)能量的變化分布，同時分別提高了電子和空穴載流子隧穿注入到有源區(qū)層的效率，從而增加了發(fā)光二極管的發(fā)光效率。為了實現(xiàn)同時提高電子和空穴載流子隧穿注入到有源區(qū)層的效率，有源層中量子阱的電子基態(tài)能量的變化分布具體為所述電子注入加強量子阱層的量子阱電子基態(tài)能量在靠近η型電子注入層一端最高，且沿遠離η型電子注入層方向逐漸降低；所述空穴注入加強量子阱層的量子阱電子基態(tài)能量在靠近P型空穴注入層一端最高，且沿靠近P型空穴注入層方向逐漸增高；所述復(fù)合量子阱區(qū)層的量子阱電子基態(tài)能量相同且等于或低于電子注入加強量子阱層和空穴注入加強量子阱層的量子阱最低電子基態(tài)能量。根據(jù)載流子優(yōu)先填充較低的能級理論，在電子注入加強量子阱層中電子的隧穿幾率大大提高，電子會趨向于填充更靠P型注入層端的量子阱，進而進入復(fù)合量子阱區(qū)層52。 而在空穴注入加強量子阱層53中，空穴的隧穿幾率也大大提高且趨向于填充更靠η型注入層端的量子阱，進而進入復(fù)合量子阱區(qū)層52并與電子復(fù)合發(fā)光。為了實現(xiàn)上述電子基態(tài)能量分布，本發(fā)明結(jié)構(gòu)具體為耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層中的量子阱材料為AlxInyGai_x_yN，厚度為Inm 5nm，并且0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1 ；所述量子阱間的量子勢壘材料為ΑΙ^Α^Ν，并且0彡k彡1，0彡1彡1，0彡k+Ι彡1 ；所述勢壘的禁帶寬度大于量子阱的禁帶寬度。所述電子注入加強量子阱層包括至少兩個量子阱和量子阱間的量子勢壘；所述量子勢壘厚度為tl，且Inm ^tl ^ 5nm ；所述電子注入加強量子阱層沿遠離η型電子注入層方向上量子阱阱寬逐漸變大，或^組份逐漸變大，或Al組份逐漸減??；使量子阱的電子基態(tài)能量在靠近η型電子注入層處最高，并且沿遠離η型電子注入層方向逐漸降低。所述空穴注入加強量子阱層包括至少兩個量子阱和量子阱間的量子勢壘；所述量子勢壘的厚度為t3，且Inm彡t3彡tl彡5nm ；所述空穴注入加強量子阱層沿靠近ρ型空穴注入層方向上量子阱阱寬逐漸變小，或^組份逐漸變小，或Al組份逐漸減大；使得量子阱電子基態(tài)能量在靠近P型空穴注入層一端最高，且沿靠近P型空穴注入層方向逐漸增高。所述復(fù)合量子阱層區(qū)包括至少一個量子阱及量子阱兩邊的量子勢壘；所述量子勢壘的厚度為t2，且20nm彡t2彡lnm, t2彡tl彡t3 ；復(fù)合量子阱區(qū)層的量子阱電子基態(tài)能量相同且等于或低于電子注入加強量子阱層和空穴注入加強量子阱層的量子阱最低電子基態(tài)言旨量。所述的η型電子注入層為GaN層、AlN層、InGaN層、AWaN層、InAlN層、InGaAlN 層或由以上幾種化合物組合形成的制備η型歐姆接觸的η型摻雜層，厚度為IOOnm 5 μ m， 摻雜濃度為 1 X IO1Vcm3 1 X IO1Vcm3 ；所述的ρ型空穴注入層為GaN層、InGaN層、AlGaN層、InGaAlN層或由以上幾種化合物組合形成的制備P型歐姆接觸的P型摻雜層，厚度為IOnm 1 μ m，摻雜濃度為IX IO17/ cm3 lX1019/cm3。所述ρ型空穴注入層和耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層之間設(shè)有電子阻擋層。本發(fā)明還提供該氮化物發(fā)光二極管的制作方法，按照如下步驟制備步驟1、利用半導(dǎo)體沉積技術(shù)在襯底上依次生長初始生長層、緩沖層、η型電子注入層、耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層、P型AWaN電子阻擋層和P型空穴注入層，得到具有加強載流子注入效果的耦合多量子阱結(jié)構(gòu)的氮化物發(fā)光二極管；步驟2、對外延片進行退火處理，在外延片上采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕方法部分地刻蝕掉P型空穴注入層、P型AWaN電子阻擋層和耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層，暴露出η型電子注入層，并形一臺面結(jié)構(gòu)；步驟3、在露出的η型電子注入層上制備η型電極，在未刻蝕的P型空穴注入層上制備電流擴展層和P型電極。其中，步驟1中的耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層按照如下方式生長步驟la、生長電子加強注入量子阱層，通過改變InGaN量子阱的生長溫度，使其h 組份逐漸變大，低h組份量子阱靠近η型電子注入層；步驟加、生長中間的復(fù)合量子阱區(qū)，保持hGaN量子阱的生長溫度為定值，并與電子加強注入量子阱層(51)中最后一量子阱的溫度相等；步驟3a、生長空穴加強注入量子阱層，通過改變InGaN量子阱的生長溫度，使其h組份逐漸變小，低h組份的量子阱靠近P型空穴注入層。另外一個方案中，步驟1中的耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層按照如下方式生長步驟la、生長電子加強注入量子阱層，通過改變InGaN量子阱的生長時間，使阱寬逐漸變大，窄量子阱靠近η型電子注入層；步驟加、生長中間的復(fù)合量子阱區(qū)，保持^iGaN量子阱的生長時間為定值，并與電子加強注入量子阱層中最后一量子阱的時間相等；步驟3a、生長空穴加強注入量子阱層，通過改變^iGaN量子阱的生長時間，使阱寬逐漸變小，窄阱靠近P型空穴注入層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果1、由于載流子會優(yōu)先填充較低的能級，因此采用所述耦合多量子阱結(jié)構(gòu)15，在電子注入加強量子阱層51中，電子的隧穿幾率大大提高，電子會趨向于填充更靠ρ型注入層端的量子阱，進而進入復(fù)合量子阱區(qū)層52。而在空穴注入加強量子阱層53中，空穴的隧穿幾率也大大提高且趨向于填充更靠η型注入層端的量子阱，進而進入復(fù)合量子阱區(qū)層52并與電子復(fù)合發(fā)光。與傳統(tǒng)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)同時提高了發(fā)光二極管的電子和空穴載流子注入效率，改善了載流子分布不均的現(xiàn)象，提高了器件的發(fā)光效率。2、與傳統(tǒng)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)相比，通過采用所述耦合多量子阱結(jié)構(gòu)，能有效減少發(fā)光二極管器件的在高注入條件下的載流子的泄漏。在電子注入加強量子阱層51，空穴的隧穿效應(yīng)被抑制，減少了空穴的泄漏。而在空穴注入加強量子阱層53，電子的隧穿效應(yīng)也被抑制，減少了電子的泄漏。由于載流子泄漏被抑制，從而提高了器件的發(fā)光效率。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管的多量子阱有源層的能帶結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實一施例中的多量子阱有源層的能帶結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明另一實施例中的多量子阱有源層的能帶結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的發(fā)光二極管外延的截面圖。圖5是基于本發(fā)明發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)制備的發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的和技術(shù)方案更清楚，以下結(jié)合具體實施示例對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明，本發(fā)明包括但不僅限于以下實施例本發(fā)明創(chuàng)新之處在于設(shè)計一種能夠加強載流子(電子/空穴)注入效率，具有耦合多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層15，該耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層15中的量子阱為AlJr^GiimN材料，厚度為Inm 5nm，其中0彡χ彡1,0 ^ y ^ 1,0 ^ x+y ^ 1。所述量子阱間的勢壘為 AlkIn1^VHN材料，其中0彡k彡1，0彡1彡1，0彡k+Ι彡1。所述壘的禁帶寬度大于所述阱的禁帶寬度。該耦合多量子阱有源層15(如圖4所示)包括了接近η型電子注入層14的電子注入加強量子阱層51，接近ρ型空穴注入層17的空穴注入加強量子阱層53和介于電子注入加強阱結(jié)構(gòu)和空穴注入加強結(jié)構(gòu)間的復(fù)合量子阱區(qū)層52三部分組成。上述層區(qū)的物理排列順序為η型電子注入層14-耦合多量子阱有源層15 (電子注入加強量子阱層51-復(fù)合量子阱區(qū)層52-空穴注入加強量子阱層53)-ρ型空穴注入層17。耦合多量子阱有源層15內(nèi)部的3個層區(qū)結(jié)構(gòu)具體如圖2、3所示。其中，1)所述電子注入加強量子阱層51由至少兩個量子阱512和在量子阱間的量子勢壘511組成。所述量子勢壘511的厚度為tl，且Inm彡tl彡5nm。所述量子阱中的電子基態(tài)能量逐漸降低，且靠近η型電子注入層的量子阱電子基態(tài)能量最高。相鄰量子阱間存在耦合效應(yīng)，阱中的電子可隧穿通過勢壘層進入下一個量子阱中。2)所述空穴注入加強量子阱層53由至少兩個量子阱532和在量子阱間的量子勢壘531組成。所述量子勢壘531的厚度為t2，lnm彡t3彡tl彡5nm。所述量子阱中的電子基態(tài)能量逐漸提高，靠近P型空穴注入層的量子阱電子基態(tài)能量最高。相鄰量子阱間存在耦合效應(yīng)，阱中的空穴可隧穿通過勢壘層進入前一個量子阱中。3)所述復(fù)合量子阱區(qū)層52由至少一個量子阱522和在量子阱間及兩端的量子勢壘521組成。所述量子阱中的電子基態(tài)能量不變且等于或低于電子注入加強阱結(jié)構(gòu)和空穴注入加強結(jié)構(gòu)中量子阱最低的電子基態(tài)能量。所述量子勢壘521的厚度為t2，有 20nm 彡 t2 彡 Inm,且 t2 彡 tl 彡 t3。因此，層區(qū)之間的電子基態(tài)能量分布特點為電子注入加強量子阱層51的量子阱 512電子基態(tài)能量在靠近η型電子注入層14 一端最高，且沿遠離η型電子注入層14方向逐漸降低；空穴注入加強量子阱層53的量子阱532電子基態(tài)能量在靠近ρ型空穴注入層17 一端最高，且沿靠近P型空穴注入層17方向逐漸增高；復(fù)合量子阱區(qū)層52的量子阱電子基態(tài)能量相同且等于或低于電子注入加強量子阱層51和空穴注入加強量子阱層53的量子阱最低電子基態(tài)能量。由于載流子具有優(yōu)先填充較低的能級的特點，復(fù)合量子阱區(qū)層52的電子基態(tài)能量最低，因此載流子會趨向于向復(fù)合量子阱區(qū)層52。如在電子注入加強量子阱層51中，電子的隧穿幾率大大提高，電子會趨向于填充更靠P型注入層端的量子阱，進而進入復(fù)合量子阱區(qū)層52。而在空穴注入加強量子阱層53中，空穴的隧穿幾率也大大提高且趨向于填充更靠η型注入層端的量子阱，進而進入復(fù)合量子阱區(qū)層52并與電子復(fù)合發(fā)光。因此與傳統(tǒng)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)同時提高了發(fā)光二極管的電子和空穴載流子注入效率，改善了載流子分布不均的現(xiàn)象，提高了器件的發(fā)光效率。在實際情況下，主要通過改變化6鄉(xiāng)量子阱中的阱寬和AlfetInN材料中的Al和h 的含量來實現(xiàn)上述電子基態(tài)能量漸變的多量子阱結(jié)構(gòu)，主要包括以下方法DAlxInyGa1^yN量子阱的阱寬逐漸增大/減少，從而使有源層區(qū)量子阱中的電子基態(tài)能量逐漸降低/升高。如在所述電子注入加強量子阱結(jié)構(gòu)區(qū)51中，所述量子阱512的寬度逐漸變大，窄阱靠近η型電子注入層。在所述空穴注入加強量子阱結(jié)構(gòu)區(qū)53中，所述量子阱531的寬度逐漸變小，窄阱靠近ρ型空穴電子注入層。2)量子阱中AlxIny(iai_x_yN材料的h組份逐漸增大/減少或Al組份逐漸減少/增大，從而使有源層區(qū)量子阱中的電子基態(tài)能量逐漸降低/升高。如以InGaN量子阱為例，在所述電子注入加強量子阱結(jié)構(gòu)區(qū)51中，所述量子阱512的h組份逐漸變大，低h組份淺阱靠近η型電子注入層。在所述空穴注入加強量子阱結(jié)構(gòu)區(qū)53中，所述量子阱532的組份逐漸變小，低h組份淺阱靠近P型空穴電子注入層。3)AlxInyGa1^yN量子阱的阱寬逐漸增大/減少，同時量子阱中的h組份逐漸增大/減少或Al組份逐漸減少/增大，即以上兩種方法的結(jié)合。以下是根據(jù)制作上述具有耦合多量子阱有源層15發(fā)光二極管的方法。實施例11、如圖4，采用普通的金屬氧化物氣相沉積(MOCVD)設(shè)備，襯底材料11為藍寶石 (0001)面襯底；在襯底上依次生長厚度為20nm的初始生長層12，厚度為1 μ m的GaN緩沖層13和厚度為2 μ m的Si摻雜η型GaN電子注入層14 ；2、在步驟1的基礎(chǔ)上，通過溫度控制生長耦合多量子阱有源層15 依次生長1)電子注入加強量子阱層51，通過改變InGaN量子阱的生長溫度，使其h組份逐漸變大，低h 組份淺阱靠近η型電子注入層；2)中間的復(fù)合量子阱區(qū)52，保持InGaN量子阱的生長溫度為定值，并與電子加強注入?yún)^(qū)中最后一量子阱的溫度相等。3)空穴注入加強量子阱區(qū)53， 通過改變InGaN量子阱的生長溫度，使其h組份逐漸變小，低h組份淺阱靠近ρ型空穴注入層。其能帶示意圖請參閱圖2所示，其中電子注入加強量子阱層51中電子的基態(tài)能量逐漸降低，而空穴注入加強量子阱區(qū)53中的電子的基態(tài)能量逐漸升高。3、在步驟2的基礎(chǔ)上，依次再生長厚20nm的ρ型AWaN電子阻擋層16和厚度為 150nm的Mg摻雜的ρ型GaN空穴注入層17。完成外延結(jié)構(gòu)的生長。4、在步驟3完成外延結(jié)構(gòu)生長后，對外延片進行退火處理。在外延片上，采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕方法部分地刻蝕掉P型空穴注入層、P型AWaN電子阻擋層和耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層，暴露出η型電子注入層，并形一臺面結(jié)構(gòu)。5、在步驟4的基礎(chǔ)上，在露出的η型電子注入層上制備η型電極19，在未刻蝕的ρ 型空穴注入層上制備電流擴展層18和ρ型電極20。最后形成的發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)請參閱圖5所示。實施例21、如實施例1，采用普通的金屬氧化物氣相沉積(MOCVD)設(shè)備，襯底材料11為藍寶石(0001)面襯底；在襯底上依次生長厚度為20nm的初始生長層12，厚度為1 μ m的GaN緩沖層13和厚度為2 μ m的Si摻雜η型GaN電子注入層14 ；2、在步驟1的基礎(chǔ)上，通過厚度控制生長耦合多量子阱有源層15 依次生長1)電子注入加強量子阱層51，通過改變InGaN量子阱的生長時間，使阱寬逐漸變大，窄阱靠近η 型電子注入層；2)中間的復(fù)合量子阱區(qū)52，保持^iGaN量子阱的生長時間為定值，并與電子加強注入?yún)^(qū)中最后一量子阱的時間相等。幻空穴注入加強量子阱區(qū)53，通過改變^iGaN量子阱的生長時間，使阱寬逐漸變小，窄阱靠近P型空穴注入層。其能帶示意圖請參閱圖3所示，其中電子注入加強量子阱層51中電子的基態(tài)能量逐漸降低，而空穴注入加強量子阱區(qū) 53中的電子的基態(tài)能量逐漸升高。3、在步驟2的基礎(chǔ)上，依次再生長厚20nm的ρ型AWaN電子阻擋層16和厚度為 150nm的Mg摻雜的ρ型GaN空穴注入層17。完成外延結(jié)構(gòu)的生長。4、在步驟3完成外延結(jié)構(gòu)生長后，對外延片進行退火處理。在外延片上，采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕方法部分地刻蝕掉P型空穴注入層、P型AWaN電子阻擋層和耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層，暴露出η型電子注入層，并形一臺面結(jié)構(gòu)。5、在步驟4的基礎(chǔ)上，在露出的η型電子注入層上制備η型電極19，在未刻蝕的ρ 型空穴注入層上制備電流擴展層18和ρ型電極20。最后形成的發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)請參閱圖5所示。
權(quán)利要求
1.一種加強載流子注入效率的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于至少包括n型電子注入層(14)、耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層(15)和ρ型空穴注入層(17)；所述耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層(1 包括接近η型電子注入層(14)的電子注入加強量子阱層(51)，接近ρ型空穴注入層(17)的空穴注入加強量子阱層(53)以及在這兩個注入加強量子阱層(51、53)中間的復(fù)合量子阱區(qū)層(52)；所述兩個注入加強量子阱層(51、53)通過電子基態(tài)能量逐漸改變的多量子阱結(jié)構(gòu)，使載流子趨向于注入復(fù)合量子阱區(qū)層(52)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于所述電子注入加強量子阱層(51)的量子阱(512)的電子基態(tài)能量在靠近η型電子注入層(14) 一端最高，且沿遠離 η型電子注入層(14)方向逐漸降低；所述空穴注入加強量子阱層(53)的量子阱(532)的電子基態(tài)能量在靠近ρ型空穴注入層(17) —端最高，且沿靠近ρ型空穴注入層(17)方向逐漸增高；所述復(fù)合量子阱區(qū)層(52)的量子阱的電子基態(tài)能量相同且等于或低于電子注入加強量子阱層(51)和空穴注入加強量子阱層(53)的量子阱最低電子基態(tài)能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于所述耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層(15)中的量子阱材料為ΑΜηρ ^Ν，厚度為Inm 5nm，并且0彡χ彡1， 0彡y彡1，0彡x+y彡1 ；所述量子阱間的量子勢壘材料為Al1Jn1Ga1^N,并且0彡k彡1， O^1 ；所述勢壘的禁帶寬度大于量子阱的禁帶寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于所述電子注入加強量子阱層(51)包括至少兩個量子阱(512)和量子阱(512)間的量子勢壘(511)；所述量子勢壘 (511)厚度為tl，且Inm彡tl彡5nm ；所述電子注入加強量子阱層(51)沿遠離η型電子注入層(14)方向上量子阱(512) 阱寬逐漸變大，或h組份逐漸變大，或Al組份逐漸減小，或以上任意幾種的結(jié)合；使量子阱(512)的電子基態(tài)能量在靠近η型電子注入層(14)處最高，并且沿遠離η型電子注入層 (14)方向逐漸降低。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于所述空穴注入加強量子阱層(53)包括至少兩個量子阱(532)和量子阱(532)間的量子勢壘(531)；所述量子勢壘(531)的厚度為t3，且Inm彡t3彡tl彡5nm；所述空穴注入加強量子阱層(53)沿靠近ρ型空穴注入層(17)方向上量子阱(532)阱寬逐漸變小，或h組份逐漸變小，或Al組份逐漸減大，或以上任意幾種的結(jié)合；使得量子阱(532)電子基態(tài)能量在靠近ρ型空穴注入層(17)—端最高，且沿靠近ρ型空穴注入層(17) 方向逐漸增高。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于所述復(fù)合量子阱層區(qū)(52) 包括至少一個量子阱(52 及量子阱(52 兩邊的量子勢壘(521)；所述量子勢壘(521)的厚度為t2，且20nm彡t2彡lnm, t2彡tlt3 ；復(fù)合量子阱區(qū)層(52)的量子阱電子基態(tài)能量相同且等于或低于電子注入加強量子阱層(51)和空穴注入加強量子阱層(53)的量子阱最低電子基態(tài)能量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于所述的η型電子注入層(14)為GaN層、AlN層、InGaN層、AlGaN層、InAlN層、InGaAlN層或由以上幾種化合物組合形成的制備η型歐姆接觸的η型摻雜層，厚度為1OOnm 5 μ m， 摻雜濃度為 1 X 1O1Vcm3 1 X IO1Vcm3 ；所述的P型空穴注入層(17)為GaN層、InGaN層、AKkiN層、InGaAlN層或由以上幾種化合物組合形成的制備P型歐姆接觸的P型摻雜層，厚度為1Onm 1 μ m，摻雜濃度為IX 1O17/ cm3 1 X 1O1Vcm3 ；所述P型空穴注入層(17)和耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層(15)之間設(shè)有電子阻擋層 (16)。
8. —種權(quán)利要求1所述氮化物發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于包括如下步驟 步驟1、利用半導(dǎo)體沉積技術(shù)在襯底(11)上依次生長初始生長層(12)、緩沖層(13)、n 型電子注入層(14)、耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層(15)、p型AKiaN電子阻擋層(16)和ρ型空穴注入層(17)，得到具有加強載流子注入效果的耦合多量子阱結(jié)構(gòu)的氮化物發(fā)光二極管； 步驟2、對外延片進行退火處理，在外延片上采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕方法部分地刻蝕掉P型空穴注入層(17)、ρ型AKiaN電子阻擋層(16)和耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層(15)， 暴露出η型電子注入層(14)，并形一臺面結(jié)構(gòu)；步驟3、在露出的η型電子注入層上制備η型電極(19)，在未刻蝕的ρ型空穴注入層 (17)上制備電流擴展層(18)和ρ型電極(20)。
全文摘要
本發(fā)明為一種加強載流子注入效率的氮化物發(fā)光二極管以及制作方法，該二極管至少包括n型電子注入層、耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層和p型空穴注入層；所述耦合多量子阱結(jié)構(gòu)有源層包括接近n型電子注入層的電子注入加強量子阱層，接近p型空穴注入層的空穴注入加強量子阱層以及在這兩個注入加強量子阱層中間的復(fù)合量子阱區(qū)層；所述電子/空穴注入加強區(qū)層中的勢壘寬度小于復(fù)合量子阱區(qū)層中的勢壘寬度。本發(fā)明還包括了該發(fā)光二極管的制作方法。本發(fā)明的優(yōu)勢在于利用有源層中量子阱的電子基態(tài)能量的變化分布，分別同時提高了電子和空穴載流子隧穿注入到有源區(qū)層的效率，從而增加了發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/00GK102157656SQ20111002794
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者江灝, 王鋼, 黃善津 申請人:中山大學(xué)