一種氮化物發(fā)光二極管結構的制作方法

本發(fā)明涉及半導體材料，尤其是涉及一種氮化物發(fā)光二極管結構。

背景技術：

發(fā)光二極管（led）以其節(jié)能環(huán)保、可靠性高等顯著特點得到人們廣泛的關注和研究。在能源危機和環(huán)境危機日益加重的今天，眾多國家和地區(qū)將led照明技術列為國家發(fā)展戰(zhàn)略。經(jīng)過二十多年的研究和努力，led外延生長技術、led芯片制造技術以及l(fā)ed封裝技術均得到長足進步，使得led被廣泛用于顯示屏、指示燈、景觀照明、汽車燈、通用照明等很多領域。

氮化物led普遍存在在較大工作電流密度下，發(fā)光效率隨電流的增大而減小的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象被稱為“效率droop效應”。產(chǎn)生droop效應的原因在學術界依然存在爭議，但主要包括電子泄漏、電子空穴不匹配、俄歇復合等幾種。大量研究表明，電子泄漏和電子空穴不匹配的主要原因是氮化物led的p型載流子（空穴）不足以及在多量子阱中分布嚴重不均勻?？梢姡斂昭舛炔荒苓M一步提升的情況下，減緩droop效應提升氮化物led發(fā)光效率的一個可行方法就是使空穴與電子更加匹配。由于空穴濃度低于電子濃度，因此如果使空穴均勻分布到多量子阱中，將會使空穴與電子更加不匹配。如將有限的空穴限制在部分量子阱中，則會提升空穴在這些量子阱中的濃度，從而使得這些量子阱中空穴與電子更加匹配，提升發(fā)光效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可有效調(diào)控空穴在多量子阱中分布、使空穴和電子更為有效地分布到部分量子阱中、從而改善空穴和電子的匹配度、提升發(fā)光效率的氮化物發(fā)光二極管結構。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種氮化物發(fā)光二極管結構，包括襯底，在襯底上設有緩沖層，在緩沖層上依次設有n型層、準備層、第一限制量子阱層、發(fā)光多量子阱層、第二限制量子阱層和p型層，特征是：在所述準備層、第一限制量子阱層、發(fā)光多量子阱層和第二限制量子阱層位置包含有倒六角錐結構；所述第一限制量子阱層和第二限制量子阱層的量子阱禁帶寬度均比發(fā)光多量子阱層的量子阱禁帶寬度寬0.03─0.3ev。

所述準備層是inxga(1-x)n單層結構或inyga(1-y)n/inzga(1-z)n周期結構，其中0≤x≤0.15，0.01≤y≤0.15，0≤z≤0.05，inxga(1-x)n層的厚度為hx，50nm≤hx≤200nm，inyga(1-y)n/inzga(1-z)n周期結構的周期數(shù)為j，10≤j≤100。

第一限制量子阱層是由alxinyga(1-x-y)n量子阱和aluinvga(1-u-v)n勢壘組成的周期結構，其周期數(shù)為m，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤u≤1，0≤v≤1，1≤m≤5。

發(fā)光多量子阱層是由alxinyga(1-x-y)n量子阱和aluinvga(1-u-v)n勢壘組成的周期結構，其周期數(shù)為k，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤u≤1，0≤v≤1，3≤k≤6。

第二限制量子阱層是由alxinyga(1-x-y)n量子阱和aluinvga(1-u-v)n勢壘組成的周期結構，其周期數(shù)為n，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤u≤1，0≤v≤1，1≤n≤2。

位于準備層、第一限制量子阱層、發(fā)光多量子阱層和第二限制量子阱層位置的倒六角錐結構在生長平面上分布密度為ρ，即為單位面積上的個數(shù)，至第二限制量子阱層的頂部時倒六角錐結構與生長平面相交成正六邊形，正六邊形的邊長為l，其中1×10⁸cm^-2≤ρ≤1×10¹⁰cm^-2，50nm≤l≤200nm。所述生長平面為gan材料體系的（0001）面，倒六角錐結構的六個錐面為gan材料體系{10–11}面族的六個面。至第二限制量子阱層生長結束時，倒六角錐結構表現(xiàn)為倒六角錐形的空洞（如圖2所示），在生長p型層的過程中上述空洞被填平。

所述襯底材料包括硅(si)、藍寶石(al2o3)、碳化硅(sic)、砷化鎵（gaas）、氮化鋁（aln）、磷化鎵（gap）、氧化鋅（zno）以及氮化鎵(gan)。

本發(fā)明的特點在于：在準備層、第一限制量子阱層、發(fā)光多量子阱層和第二限制量子阱層區(qū)域引入倒六角錐結構，這樣就可大幅提升p型載流子（空穴）的注入效率，從而提升發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率；同時利用第一限制量子阱層和第二限制量子阱層的量子阱禁帶寬度均比發(fā)光多量子阱層的量子阱禁帶寬帶更寬的特點，將更多的載流子限制在發(fā)光多量子阱中，提升電子和空穴的匹配度，從而進一步提升發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明氮化物發(fā)光二極管結構的剖面圖；

圖2為本發(fā)明氮化物發(fā)光二極管結構生長至第二限制量子阱層結束時的立體結構；

圖3為本發(fā)明氮化物發(fā)光二極管結構生長至第二限制量子阱層結束時的俯視圖；

圖4為本發(fā)明氮化物發(fā)光二極管結構生長至第二限制量子阱層結束時的剖面圖；

其中：100─襯底，200─緩沖層，300─n型層，400─準備層，500─第一限制量子阱層，501─第一限制量子阱層的alxinyga(1-x-y)n量子阱，502─第一限制量子阱層的aluinvga(1-u-v)n勢壘，600─發(fā)光多量子阱層，601─發(fā)光多量子阱層的alxinyga(1-x-y)n量子阱，602─發(fā)光多量子阱層的aluinvga(1-u-v)n勢壘，700─第二限制量子阱層，701─第二限制量子阱層的alxinyga(1-x-y)n量子阱，702─第二限制量子阱層的aluinvga(1-u-v)n勢壘，800─p型層，900─倒六角錐結構。

具體實施方式

下面結合實施例并對照附圖對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1：

襯底100采用硅（si）襯底，緩沖層200為aln,n型層300為摻si濃度2×10¹⁸─5×10¹⁸cm^-3gan，準備層400為厚度為80nm─100nm的in0.05ga0.95n單層結構；第一限制量子阱層500為3個周期的alxinyga(1-x-y)n/aluinvga(1-u-v)周期結構；發(fā)光多量子阱層600為4個周期的alxinyga(1-x-y)n/aluinvga(1-u-v)周期結構；第二限制量子阱層700為1個周期的alxinyga(1-x-y)n/aluinvga(1-u-v)周期結構；其中第一限制量子阱層500的量子阱禁帶寬度比發(fā)光多量子阱層的量子阱禁帶寬度寬0.15ev，第二限制量子阱層700的量子阱禁帶寬度比發(fā)光多量子阱層600的量子阱禁帶寬度寬0.05ev；p型層800為摻mg濃度1×10²⁰cm^-3的gan；倒六角錐結構900的密度為5×10⁸cm^-2─1×10⁹cm^-2，至第二限制量子阱層700的頂部時倒六角錐結構900與生長平面相交成正六邊形，正六邊形邊長為100-150nm。

實施例2：

襯底100采用藍寶石（al2o3）襯底，緩沖層200為低溫gan,n型層300為摻si濃度5×10¹⁸─1×10¹⁹cm^-3gan；準備層400為in0.05ga0.95n/gan周期結構，周期數(shù)為20-30；第一限制量子阱層500為4個周期的alxinyga(1-x-y)n/aluinvga(1-u-v)周期結構；發(fā)光多量子阱層600為5個周期的alxinyga(1-x-y)n/aluinvga(1-u-v)周期結構；第二限制量子阱層700為2個周期的alxinyga(1-x-y)n/aluinvga(1-u-v)周期結構；其中第一限制量子阱層500的量子阱禁帶寬度比發(fā)光多量子阱層600的量子阱禁帶寬度寬0.2ev，第二限制量子阱層700的量子阱禁帶寬度比發(fā)光多量子阱層600的量子阱禁帶寬度寬0.05ev；p型層800為摻mg濃度5×10¹⁹cm^-3的gan；倒六角錐結構900的密度為2×10⁸cm^-2─5×10⁸cm^-2，至第二限制量子阱層700的頂部時倒六角錐結構900與生長平面相交成正六邊形，正六邊形邊長為150-200nm。