[发明专利]氮化镓基发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电器件制备领域，尤其涉及一种氮化镓基发光二极管及其制备方法。

背景技术

发光二极管(Light-emitting diode，LED) 在节能，环保和寿命长方面的优势，所以受到广泛关注。特别是基于氮化镓材料的LED，由于其波长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。氮化镓材料蓝光LED技术无论在研究上和商业化生产应用上都取得了进步，其应用领域广阔。但目前LED 的发光效率相对较低，从外延结构而言，进一步提高LED 有源层中的电子电洞注入效率和复合效率需进步改善内部量子效率(IQE: Internal Quantum Efficiency)。

传统的多量子阱有源层为GaN量子垒与InGaN量子阱结构组成，而由于GaN与InGaN 材料晶格不匹配，导致极化效应的产生，引起导带与价带不连续，从而导致发光器件的内量子效率随外加电流密度的增加而衰退的现象加剧，造成Efficiency Droop，影响了器件的质量及使用范围。

此外，传统多量子阱有源层结构中阱与垒存在温差较大，在生长过程中存在较长升降温时间，对整个程序的时间存在一定的影响，不利于产能的提升。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种氮化镓基发光二极管及制备方法，通过改善量子阱的质量最终改善器件的整体质量，同时缩短了程序时间，有效提升产能。

本发明解决上述问题的技术方案为：一种氮化镓发光二极管结构包括：衬底、缓冲层、N型层、应力释放层、多量子阱有源层、P型层。与传统多量子阱有源层结构相比，本发明的量子垒为InAlN材料层，厚度范围为10Å～180Å，In组份为0.15～0.40，Al组份为0.60～0.85。

优选的，所述InGaN量子阱厚度范围为10Å～50Å。

优选的，所述InGaN量子阱In组份为0.1～0.25。

优选的，所述InAlN量子垒浓度小于5×10¹⁸/cm³。

前述氮化镓发光二极管的制备方法，包括步骤：先在一衬底上形成缓冲层，再在所述缓冲层上形成N型层，后在所述N型层上形成应力释放层，再在所述应力释放层上形成由InAlN量子垒与InGaN量子阱组成的多量子阱有源层，最后在所述多量子阱有源层上形成P型层。

优选的，所述多量子阱有源层的生长方法为：在应力释放层生长结束后将系统温度调节至700℃～850℃范围，压力调节至150 torr～400 torr，生长厚度范围为10Å～50Å的InGaN量子阱层；后不改变系统压力，调节系统温度，使温差范围为0≤△T≤20℃，生长厚度范围为10Å～180Å的InAlN量子垒层；其中所生长的InAlN量子垒层中In组份为0.15～0.40，Al组份为0.60～0.85；InGaN量子阱中In组份为0.1～0.25。较佳的，所述InGaN量子阱层和InAlN量子垒层同温生长，即△T=0。

本发明至少具有以下有益效果：采用与InGaN量子阱材料晶格匹配的InAlN材料作为量子垒，由于晶格常数相同，降低了晶格失配，降低了QCSE (Quantum-Confined Stark Effect)效应，从而改善了器件的Efficiency Droop，改善了器件的发光效率提升LED组件内部量子效率(IQE: Internal Quantum Efficiency)；此外，InAlN量子垒与InGaN量子阱同温或小温差生长，降低了传统的阱与垒之间的升降温时间，缩短整个程序的时间，有效提升了产能，适合大规模生产。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1为本发明之实施例1之氮化物发光二极管侧视图。

图2为与InGaN量子阱材料晶格匹配的GaN材料作为量子垒能带图。

图3为与InGaN量子阱材料晶格匹配的InAlN材料作为量子垒能带图。

图中各标号表示如下：