[发明专利]一种GaN基发光二极管以及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于发光二极管领域，具体涉及一种GaN基发光二极管，本发明还包括该发光二极管的制作方法。

背景技术

发光二极管(Light-emitting diode，LED)是一种注入电致发光器件。由于LED在节能和智能控制方面的优势，所以受到广泛关注。特别是基于GaN基材料(AlN、InN、GaN和其化合物)的LED，由于其波长可调范围理论上覆盖了整个可见光波段和紫外波段，因此成为目前LED发展的主流方向。进入21世纪以来，以GaN基蓝光LED为代表的LED技术无论在研究上和商业化生产应用上都取得了巨大进步，其应用领域越来越开阔。但是，目前LED的发光效率相对较低，从外延结构方面来说，如何进一步挺高LED有源区中的电子空穴注入效率和复合效率，如何进一步降低LED的工作电压等问题制约着LED的应用发展，有待解决。

传统LED的外延结构如图1所示，其中的发光有源层为多量子阱结构。传统有源层区的In组份和其能带结构如示意图2所示。电子和空穴分别从有有源层两端的电子注入层和空穴注入层直接输入到多量子阱有源层区中。由于载流子的输入主要靠其本身的输运特性，传统LED结构中存在载流子注入效率低的问题。为进一步提高LED有源区的电子注入效率，相关科学人员提出了通过在有源区前插入一电子发射层的方法。例如美国专利《LIGHT EMITTING DIODESWITH ASYMMETRIC RESONANCE TUNNELLING》(专利号US 6614060B1)公布了一种具有单层InGaN或AlGaInP电子发射层的发光二极管结构。通过该电子发射层，更多的电子在此层积累并注入到真正的发光有源层中，提高了LED的发光效率(可参考文献Soon Il Jung et al，“Photoluminescence study ofInGaN/GaN multiple-quantum-well with Si-doped InGaN electron-emitting Layer”Current Applied Physics，vol.9，pp.943-945，2009)。

另一方面，由于目前GaN基LED外延一般是沿着极性方向生长，存在极化效应，LED的有源层区的能带会被拉升变形为三角形，从而增加了电子传输的势垒，增加了LED的工作电压。通过在InGaN/GaN量子阱中采用In组份渐变的三角形量子阱结构，能缓解极性效应，降低势垒和LED的工作电压(可参考R.J.Choi et al，″Efficient blue light-emitting diodes with InGaN/GaN triangularshaped multiple quantum wells″，Applied Physics Letters，vol.82，pp.2764-2766，2003.)。另外，美国专利《LIGHT EMITTING DIODES WITH GRADEDCOMPOSITIONACTIVE REGIONS》(专利号US 6955933B2)也公开了一种利用In组份渐变的三角形量子阱作为发光有源层的LED结构。但是，由于目前MOCVD等沉积技术和相关仪器设备的性能限制，对In组份渐变的三角形量子阱的控制十分困难，而LED的发光性能对有源层中的结构却十分敏感，所以该结构的LED器件的稳定性和可重复性有待提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计一种提高电子到有源区的注入效率，降低工作电压的GaN基发光二极管。本发明同时给出了该发光二极管的制作方法，该方法对生长设备和工艺条件没有特殊要求，也不会对后续的生长和工艺步骤产生较大改动，且又能提升二极管的发光效率。

为了实现上述目的，本发明涉及的发光二极管包括如下技术特征：在外延衬底上利用半导体沉淀技术依次生长有初始生长层、缓冲层、n型电子注入层、量子阱结构电子发射层、量子阱结构发光有源层、p型电子阻挡层和p型空穴注入层；