[发明专利]一种氮化物LED结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED制备技术领域，尤其涉及一种氮化物LED结构及其制备方法。

背景技术

发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后，注入PN结中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出颜色为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的光。

随着以氮化物为基础的高亮度LED应用的开发，新一代绿色环保型固体照明光源-氮化物LED已成为人们关注的焦点。以GaN、InGaN和AlGaN合金为主的III族氮化物半导体材料具有宽的直接带隙、强化学键、耐高温、抗腐蚀等优良性能，是制造短波长高亮度发光器件的理想材料。

通常的GaN基LED发光器件采用P-N结结构，并且在P型半导体和N型半导体之间设有多量子阱结构，所述多量子阱结构作为有源区。当器件工作时，电子和空穴分别从有源区两端的N型区和P型区输入，在量子阱有源区内复合发光。其中，材料的电学性质是影响发光器件性能的关键因素。因为氮化物的禁带宽度较宽，所以氮化物P型材料的获得和低的空穴浓度一直是制约氮化物发光器件性能的主要因素。氮化物材料通常采用的P型掺杂杂质为Mg或Zn。

不同于传统的III-V族化合物半导体，纤锌矿结构的III族氮化物半导体具有极强的自发极化和压电极化效应。极化效应在III族氮化物LED的结构设计和制造中起着双面的作用。一方面，极化效应会在量子阱中产生斯塔克效应(Stark Effect)，造成注入阱中的电子和空穴的波函数交叠变小，导致发光器件的内量子效率降低。另一方面，研究表明，利用压电效应的AlGaN/GaN超晶格会大大提高P型氮化物的激活效率，从而显著提高Mg或Zn掺杂产生的空穴密度。这主要是因为压电效应在超晶格中产生很强的内建电场，导致能带弯曲程度急剧增大，有效地减小了Mg的受主激活能，提高了Mg掺杂效率。

为获得P型氮化物材料，提高空穴浓度，目前采取的办法是利用高浓度的Mg或Zn对氮化物进行掺杂，获得重掺杂的P型氮化物材料；采用该方法形成的氮化物LED的能带结构如图1所示，该氮化物LED包括N型电子注入层、P型空穴注入层以及夹在所述N型电子注入层与所述P型空穴注入层之间的多量子阱有源层，并且所述多量子阱有源层与所述P型空穴注入层之间还设置有P型电子阻挡层；为了提高空穴的浓度，提高LED器件的发光效率，所述P型空穴注入层及所述P型电子阻挡层进行了重掺杂(所述掺杂区域通过图中的阴影进行表示)，即利用高浓度的Mg或Zn杂质对所述P型空穴注入层及所述P型电子阻挡层进行了重掺杂。然而，由于Mg或Zn杂质的掺杂浓度要求很高(达到＞10¹⁹cm^-3量级)，这样在发光器件的使用过程中，就会导致一部分Mg杂质通过扩散进入有源区发光层，作为非辐射复合中心，从而降低器件的发光效率；因此，如何有效地获得P型氮化物材料，已成为目前业界亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化物LED结构及其制备方法，以提高氮化物LED的性能。

为解决上述问题，本发明提出一种氮化物LED结构，该氮化物LED结构至少包括N型电子注入层、P型空穴注入层以及夹在所述N型电子注入层与所述P型空穴注入层之间的多量子阱有源层，且所述多量子阱有源层与所述P型空穴注入层之间设置有一电子阻挡层，所述多量子阱有源层与所述电子阻挡层之间还设置有多个周期的P型掺杂的InGaN/GaN超晶格结构。

可选的，所述P型掺杂的InGaN/GaN超晶格结构的掺杂方式为只对InGaN进行P型掺杂。

可选的，所述P型掺杂的InGaN/GaN超晶格结构的掺杂方式为只对GaN进行P型掺杂。

可选的，所述P型掺杂的InGaN/GaN超晶格结构的掺杂方式为对InGaN及GaN均进行P型掺杂。

可选的，所述P型掺杂采用的杂质原子为Mg或Zn。

可选的，所述N型电子注入层、P型空穴注入层、多量子阱有源层及电子阻挡层均由Al_xGa_yIn_1-x-yN组成，其中，0＜x＜1，0＜x+y＜1。

可选的，所述P型掺杂的InGaN/GaN超晶格结构中的InGaN的禁带宽度大于所述多量子阱有源层中的量子阱的势阱的禁带宽度，使超晶格结构不会吸收量子阱有源层发出的光。