[发明专利]InGaN纳米柱阵列有源区LED及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED及其制备方法，尤其涉及一种以InGaN纳米柱阵列结构作为有源区的LED及其制备方法。

背景技术

自1994年Nakamura发表采用Zn掺杂InGaN层为有源区成功制备蓝光LED的论文以来，基于InGaN有源区的LED研究引起了人们的广泛关注。如今人们多采用InGaN/GaN多量子阱为LED有源区，制备的LED效率逐渐提高。InGaN/GaN多量子阱有源区LED已在LCD背光、景观照明、投影仪等领域有了许多应用。

虽然InGaN/GaN多量子阱有源区LED的效率获得了很大提升，但仍有两个主要问题仍未解决：一是在大电流密度驱动下LED发光效率下降问题(efficiency droop)；二是绿光LED效率仍然很低(green gap)。

人们已对InGaN/GaN多量子阱有源区LED存在的两个主要问题已经开展了研究，目前对于大电流密度驱动下LED发光效率下降的主要原因归结为InGaN/GaN量子阱有源区电子的泄漏，泄漏主要是由多量子阱有源区(MQW)和电子阻挡层(EBL)内的极化场导致。

InGaN/GaN多量子阱有源区绿光LED效率低的主要原因也是极化场。相对于蓝光LED，极化场对绿光LED的影响更为显著，因为InGaN中In组分的提高增加了InGaN和GaN层的晶格失配，从而增加了应力，使得极化场更强，这样绿光LED在很小的驱动电流下就会产生发光效率急剧下降的现象，同时极化场还导致量子受限斯塔克效应(Quantum-confined Stark Effect)的出现，降低了电子空穴的复合几率，从而降低了发光效率。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的之一在于提出一种InGaN纳米柱阵列有源区LED，其可大大减弱极化场对LED发光效率的不良影响，从而有效提高LED的发光效率。

本发明的另一目的在于提出一种制备前述InGaN纳米柱阵列有源区LED的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种InGaN纳米柱阵列有源区LED，其特征在于，它包括依次生长在衬底上的低温GaN缓冲层、n型GaN层、有源区、p型AlGaN层和p型GaN层，所述有源区是由垂直于衬底的InGaN纳米柱阵列组成的。

具体而言，所述衬底可选自但不限于蓝宝石、碳化硅、硅、石英玻璃和铁中的任意一种材料或二种以上材料的组合形成。

优选的，所述InGaN纳米柱阵列的平均长度在10nm～3000nm之间，平均直径在2nm～2000nm之间。

作为一种优选实施方式，所述GaN低温缓冲层厚度在1nm～1000nm之间，所述n型GaN层厚度在500nm～3000nm之间，所述p型AlGaN层厚度在10nm～100nm之间，所述p型GaN层厚度在10nm～500nm之间。

作为另一种优选实施方式，所述n型GaN层电子浓度在1×10¹⁷～1×10¹⁹cm^-3之间，所述p型AlGaN层和p型GaN层的空穴浓度在1×10¹⁶～1×10¹⁹cm^-3之间。

所述n型GaN层中掺杂浓度为5×10¹⁷～5×10²⁰cm^-3的Si，所述p型AlGaN层和P型GaN层中掺杂浓度为5×10¹⁷～5×10²⁰cm^-3的Mg。

如上所述InGaN纳米柱阵列有源区LED的制备方法，其特征在于，该方法为：在衬底上依次生长形成低温GaN缓冲层、n型GaN薄膜、垂直InGaN纳米柱阵列、p型AlGaN层和p型GaN层；其中，所述InGaN纳米柱阵列的生长温度条件为500℃～800℃，且InGaN纳米柱阵列的平均长度在10nm～3000nm之间，平均直径在2nm～2000nm之间。

进一步的讲，该方法包括如下步骤：

(1)在温度为500℃～700℃的条件下，向材料生长设备中通入Ga源和N源在衬底上生长形成厚度1nm～1000nm的GaN低温缓冲层；

(2)提高温度至700℃～1200℃，并通入n型掺杂源在GaN低温缓冲层上生长形成厚度500nm～3000nm的n型GaN薄膜；

(3)降低温度至500℃～800℃，并通入In源在n型GaN薄膜上生长形成InGaN纳米柱阵列；