專利名稱：一種提高載流子復(fù)合效率的多量子阱中的壘的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，尤其是ー種發(fā)光二極管中提高載流子復(fù)合效率的量子阱中的壘的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來，雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了以GaN為基礎(chǔ)的LED器件的市場(chǎng)化，但是關(guān)于GaN的發(fā)光器件的研究卻從未中斷，反而呈不斷增強(qiáng)的趨勢(shì)。這主要是因?yàn)殛P(guān)于GaN LED的發(fā)光效率尚低于其理論值，造成GaN發(fā)光器件發(fā)光效率低下的主要原因被認(rèn)為是內(nèi)量子效率低下，然而引起內(nèi)量子效率低的ー個(gè)重要原因是極化電場(chǎng)的存在，使得量子阱發(fā)光區(qū)的能帶彎曲，造成電子和空穴的波函數(shù)交疊減少，從而降低了載流子復(fù)合的幾率。量子阱區(qū)的極化電場(chǎng)通常被認(rèn)為是由于較低溫度生長(zhǎng)壘的時(shí)間，較差的結(jié)晶質(zhì)量造成的應(yīng)力。由于電子較空穴有較高的載流子遷移率，電子的有效質(zhì)量也比空穴的要小，因此常常需要在生長(zhǎng)了多量子阱區(qū)后加入電子阻擋層，大量實(shí)驗(yàn)證明電子阻擋層能有效的減少電子越過量子阱區(qū)到達(dá)P區(qū)和空穴直接復(fù)合，減少了電子溢流，提高載流子在量子阱區(qū)的復(fù)合。大量的文獻(xiàn)也證明，在以InGaN為量子阱的LED器件中，接近P區(qū)的最后那個(gè)量子阱對(duì)于輻射復(fù)合貢獻(xiàn)最大，這是由空穴濃度在量子阱區(qū)的分布決定的。因此，最后ー對(duì)量子阱結(jié)構(gòu)的壘的電子阻擋能力對(duì)于以InGaN為量子阱結(jié)構(gòu)的LED器件的載流子復(fù)合效率有著至關(guān)重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高載流子復(fù)合效率的多量子阱中的壘的結(jié)構(gòu)，特別是ー種靠近P區(qū)的最后ー個(gè)量子阱中的壘(last barrier)的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)同時(shí)包含U-InGaN層和U-AlInGaN雙層結(jié)構(gòu)，U-InGaN層能有效減少量子阱區(qū)的缺陷密度，減小量子阱區(qū)由于晶格質(zhì)量造成的應(yīng)カ；同時(shí)采用U-AlInGaN可以增大壘的能帶間隙，減少電子的溢流，提高電子和空穴在發(fā)光量子阱區(qū)，特別是最后ー個(gè)量子阱內(nèi)的復(fù)合效率，提高發(fā)光亮度。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種提高載流子復(fù)合效率的多量子阱中的壘的結(jié)構(gòu)，該發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)從下向上依次為襯底層、氮化鎵低溫緩沖層、未摻雜的氮化鎵層、η型氮化鎵層、多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW)、P型鋁鎵氮電子阻擋層、P型氮化鎵層、P型氮化鎵接觸層，靠近P區(qū)的最后ー個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)中的壘的特殊結(jié)構(gòu)，該壘包含u-InaGal-aN (O < a< I)層和 U-AlxInyGal-x-yN (O < x < I, O ^ y < I, O < x+y < I)層。多量子講結(jié)構(gòu)包括I個(gè)以上周期的U-AlxInyGal-x-yN魚和u_InbGal_bN講組成(ー個(gè)量子阱到下ー個(gè)最近的壘一起稱為ー個(gè)量子阱結(jié)構(gòu))。整個(gè)多量子阱結(jié)構(gòu)可以分為兩個(gè)部分，即靠近P區(qū)的最后ー個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)和該量子阱結(jié)構(gòu)之前的多量子阱結(jié)構(gòu)。最后一個(gè)量子講結(jié)構(gòu)包括u-InaGal-aN/u-AlxInyGal-x-yN 魚和 InbGal-bN 講,其中魚包含 U-InaGa I-aN 層和 u-AlxInyGal-x-yN 層，并且有 O <a< 1,0<χ< I,O^y<I, O < x+y < I, O < b < I 并且 O < a < b。u-InaGal-aN 靠近講 InbGal-bN 層。該魚結(jié)構(gòu)可以是ー個(gè)周期的U-InaGal-aNAi-AlxInyGal-x-yN結(jié)構(gòu)，也可以是大于ー個(gè)周期的超晶格結(jié)構(gòu)，總共的厚度不超過100 nm最后ー個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)之前的多量子阱結(jié)構(gòu)包括AlcIndGal-c-dN壘和IneGal-eN(0 < e < I)阱，其中壘 AlcIndGal-c-dN 滿足 O 彡 c<l，0 彡 d<l，0 彡 c+d
<I。最后ー個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)之前的多量子阱結(jié)構(gòu)中的AlcIndGal-c-dN壘和IneGal_eN(0
<e < I)講交替出現(xiàn)并且循環(huán)周期大于I,其中講的厚度在Inm至5nm之間；魚的厚度在10至25nm之間，阱的厚度可以ー樣的，也可以是逐漸變厚或者逐漸變薄或者是厚薄交替的。最后ー個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)中阱的厚度不低于多量子阱結(jié)構(gòu)中的阱的厚度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用了復(fù)合的量子阱結(jié)構(gòu)中的壘的結(jié)構(gòu)，特別是靠近P區(qū)的最后一個(gè)量子講中的魚(last barrier)的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中AlxInyGal-x_yN(0 < x < I,O < y < 1，0 < x+y < I)層可以有效提高壘的能帶間隙，防止電子的溢流，使電子在空穴濃度最高的最后ー個(gè)量子阱內(nèi)復(fù)合，提高發(fā)光強(qiáng)度；同時(shí)InaGal-aN壘的插入能有效的減少因晶格失配造成的量子阱區(qū)的缺陷密度，減小量子阱區(qū)由于晶格缺陷造成的應(yīng)力。


圖I為常見的LED結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明提高載流子復(fù)合效率的量子阱中包含多量子阱結(jié)構(gòu)和最后ー個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)的LED結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明提高載流子復(fù)合效率的量子阱中最后ー個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)的放大圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種提高載流子復(fù)合效率的量子阱中的壘的結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的說明。如圖2所示給出了本發(fā)明的具體實(shí)施例
實(shí)施例I
首先在藍(lán)寶石襯底上形成低溫緩沖層(buffer layer),接著生長(zhǎng)不摻雜的GaN(U-GaN)層,然后在U-GaN上形成si摻雜濃度在5X IO18Cm-3的η型GaN層,接著生長(zhǎng)由十個(gè)Ina 15Ga0.85N量子阱和十個(gè)GaN壘形成的多量子阱結(jié)構(gòu)，其中阱的厚度為3nm，壘的厚度為13nm。多量子阱長(zhǎng)完后接著生長(zhǎng)ー個(gè)厚度為3 nm的Ina 15Gaa85N量子講，然后生長(zhǎng)8 nm的 Inatl3Gaa97N,接著生長(zhǎng) 6 nm 的 Alatl3Inatl3Gaa94N 層共同組成 last barrier。然后生長(zhǎng)P-Al0.15Ga0.85N和Mg摻雜濃度為5 X IO19CnT3的p型GaN層，生長(zhǎng)完p型氮化鎵接觸層后，將反應(yīng)腔的溫度降至650°C至850°C之間，純氮?dú)夥諊型嘶鹛幚?至15分鐘，然后降至室溫，結(jié)束外延生長(zhǎng)。對(duì)生長(zhǎng)的外延片進(jìn)行清洗、沉積、光刻和刻蝕等半導(dǎo)體加工エ藝制成單顆尺寸大小為IOX 16 mil的LED芯片。經(jīng)LED芯片測(cè)試，測(cè)試電流20mA，單顆小芯片光輸出功率為23 mW，而采用入圖I所示的普通多量子阱結(jié)構(gòu)，最后ー個(gè)量子阱仍然為GaN的外延結(jié)構(gòu)，相同芯片制程的單顆小芯片亮度只有18mW。實(shí)施例2首先在藍(lán)寶石襯底上形成低溫緩沖層(buffer layer),接著生長(zhǎng)不摻雜的GaN(U-GaN)層，然后在U-GaN上形成Si摻雜濃度在5X IO18CnT3的η型GaN層，接著生長(zhǎng)由十個(gè)In0.15Ga0.85N量子阱和十個(gè)GaN壘交替形成的多量子阱結(jié)構(gòu)，其中阱的厚度為3nm，壘的厚度為13nm。多量子講長(zhǎng)完后接著生長(zhǎng)一個(gè)厚度為3. 3 nm的Inai5Gaa85N量子講,然后生長(zhǎng)兩 個(gè)周期的魚結(jié)構(gòu)，該魚由4 nm的In。. (^Gaa97NjP 3 nm的Alaci3Inatl3Gaa94N層交替生長(zhǎng)兩個(gè)周期共同組成。然后生長(zhǎng)P-Alai5Gaa85N和Mg摻雜濃度為5X IO19CnT3的p型GaN層，生長(zhǎng)完P(guān)型氮化鎵接觸層后，將反應(yīng)腔的溫度降至650°C至850°C之間，純氮?dú)夥諊型嘶鹛幚?至15分鐘，然后降至室溫，結(jié)束外延生長(zhǎng)。對(duì)生長(zhǎng)的外延片進(jìn)行清洗、沉積、光刻和刻蝕等半導(dǎo)體加工エ藝制成單顆尺寸大小為IOX 16 mil的LED芯片。經(jīng)LED芯片測(cè)試，測(cè)試電流20mA，單顆小芯片光輸出功率為25 mW。盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該可以認(rèn)識(shí)到，在不背離本發(fā)明構(gòu)思所限定的原則和精神的前提下，可以對(duì)上述復(fù)合量子阱結(jié)構(gòu)中的壘和阱的周期數(shù)做更改，厚度以及位置的調(diào)整等，都不會(huì)影響本發(fā)明的中所闡述的效果。
權(quán)利要求
1.一種提高載流子復(fù)合效率的多量子阱中的壘的結(jié)構(gòu)，該發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)從下向上依次為襯底層、氮化鎵低溫緩沖層、未摻雜的氮化鎵層、η型氮化鎵層、多量子阱結(jié)構(gòu)、P型鋁鎵氮電子阻擋層、P型氮化鎵層、P型氮化鎵接觸層，其特征在于靠近P區(qū)的最后ー個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)中的壘的特殊結(jié)構(gòu)，該壘包含u-InaGal-aN，0 < a < I層和u-AlxInyGal-x-yN, O < x < 1>, O ^ y < 1、0< x+y < I 層。
2.根 據(jù)權(quán)利要求I所述提高載流子復(fù)合效率的多量子阱中的壘的結(jié)構(gòu)，其特征在于多量子阱結(jié)構(gòu)包括I個(gè)以上周期的u-AlxInyGal-x-yN壘和u-InbGal_bN阱，整個(gè)多量子阱結(jié)構(gòu)可以分為兩個(gè)部分，即靠近P區(qū)的最后ー個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)和該量子阱結(jié)構(gòu)之前的多量子講結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述提高載流子復(fù)合效率的多量子阱中的壘的結(jié)構(gòu)，其特征在于最后一個(gè)量子講結(jié)構(gòu)包括u-InaGal-aN/u-AlxInyGal-x-yN魚和InbGal-bN講，其中魚包含 U-InaGa I-aN 層和 u-AlxInyGal-x-yN 層，并且有 O <a< 1,0<χ< l,0^y< I,O < x+y < I, O < b < I 并且 O < a < b ;u-InaGal_aN 靠近講 InbGal-bN 層,該魚結(jié)構(gòu)是ー個(gè)周期的u-InaGal-aNAi-AlxInyGal-x-yN結(jié)構(gòu)或是大于ー個(gè)周期的超晶格結(jié)構(gòu)，總共的厚度不超過100 nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述提高載流子復(fù)合效率的多量子阱中的壘的結(jié)構(gòu)，其特征在于最后ー個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)之前的多量子阱結(jié)構(gòu)包括AlcIndGal-c-dN壘和IneGal_eN，0 < e<I阱，其中壘AlcIndGal-c-dN滿足O彡c < 1，O彡d < 1，O彡c+d < I ;最后ー個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)之前的多量子阱結(jié)構(gòu)中的AlcIndGal-c-dN壘和IneGal_eN，0 < e < I阱交替出現(xiàn)并且循環(huán)周期大于1，其中講的厚度在Inm至5nm之間；魚的厚度在10至25nm之間，講的厚度可以ー樣的，也可以是逐漸變厚或者逐漸變薄或者是厚薄交替的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述提高載流子復(fù)合效率的多量子阱中的壘的結(jié)構(gòu)，其特征在于最后ー個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)中阱的厚度不低于多量子阱結(jié)構(gòu)中的阱的厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開一種提高載流子復(fù)合效率的多量子阱中的壘的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是一種靠近p區(qū)的最后一個(gè)量子阱中的壘的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)同時(shí)包含u-InGaN層和u-AlInGaN雙層結(jié)構(gòu)，u-InGaN層能有效減少量子阱區(qū)的缺陷密度，減小量子阱區(qū)由于晶格質(zhì)量造成的應(yīng)力；同時(shí)采用u-AlInGaN可以增大壘的能帶間隙，減少電子的溢流，提高電子和空穴在發(fā)光量子阱區(qū)，最后一個(gè)量子阱內(nèi)的復(fù)合效率，提高發(fā)光亮度。
文檔編號(hào)H01L33/32GK102623597SQ20121012239
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者王明軍, 胡加輝, 魏世禎 申請(qǐng)人:華燦光電股份有限公司