量子阱結(jié)構(gòu)、發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及發(fā)光二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管（Light Emitting Diode,簡(jiǎn)稱LED)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉 及一種高內(nèi)量子效率的量子阱結(jié)構(gòu)、發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002] 以GaN為代表的寬禁帶材料，是繼Si和GaAs之后的第三代半導(dǎo)體。由于外延技 術(shù)的突破，在上個(gè)世紀(jì)九十年代期間有快速的發(fā)展。在近二十年的時(shí)間內(nèi)，GaN半導(dǎo)體照明 已變成全球性研究發(fā)展課題，而GaN市場(chǎng)中LED又占了主要份額。
[0003] 波長(zhǎng)為540nm-570nm的黃綠光是人們生理視覺上最敏感的響應(yīng)區(qū)域，這一波段的 單色光在相同輻射能量下，人眼的感受最為敏感。如果能將波長(zhǎng)在540nm-570nm的高效的 黃綠光LED器件，加入到光源的制作中，不但能夠使全彩顯示光源更具多樣化的選擇，而且 對(duì)提高白光LED的顯色指數(shù)和流明效率大有幫助，必將加速推進(jìn)LED器件取代傳統(tǒng)照明和 顯示光源的步伐。
[0004] 我們目前通常在C面藍(lán)寶石襯底上外延GaN基LED，得到的是C面GaN，III - V族 氮化物材料的空間結(jié)構(gòu)不具有空間中心反演對(duì)稱，并且V族元素的原子和N原子的電負(fù)性 相差很大，因此沿GaN的〈0001〉方向具有很強(qiáng)的極性。這一極化效應(yīng)將產(chǎn)生強(qiáng)度較高的內(nèi) 建電場(chǎng)，并且使正負(fù)載流子在空間上分離，這樣導(dǎo)致發(fā)光波長(zhǎng)紅移，更嚴(yán)重的后果是電子和 空穴波函數(shù)交疊變少，材料的發(fā)光效率大大降低。
[0005] 并且，黃綠光LED主要采用高In組分氮化物合金作為有源區(qū)的發(fā)光材料。氮化物 材料LED隨著波長(zhǎng)的紅移，有源區(qū)In組分的提高，其內(nèi)外量子效率都會(huì)迅速下降。當(dāng)波長(zhǎng)大 于530nm時(shí)，其內(nèi)量子效率甚至低于10%。通常情況下，LED的波長(zhǎng)由量子阱的厚度和In的 組分共同調(diào)節(jié)，由于波長(zhǎng)對(duì)量子阱的厚度十分敏感，因此，在常用的調(diào)節(jié)波長(zhǎng)的方法中，隨 著量子阱In組分的增加，極化電場(chǎng)也會(huì)相應(yīng)的增加，這兩方面因素大大制約了長(zhǎng)波長(zhǎng)LED 內(nèi)量子效率的提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種新量子阱結(jié)構(gòu)的LED外延材料結(jié)構(gòu)，以 提高LED發(fā)光效率。
[0007] -種量子阱結(jié)構(gòu)，其包括靠近P摻雜區(qū)的單量子阱結(jié)構(gòu)及靠近N摻雜區(qū)的多量子 阱結(jié)構(gòu)，所述單量子阱結(jié)構(gòu)為有源層的發(fā)光區(qū)，且所述單量子阱結(jié)構(gòu)的禁帶寬度小于所述 多量子阱結(jié)構(gòu)的禁帶寬度。
[0008] 本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述多量子阱結(jié)構(gòu)中量子阱的數(shù)目大于等于2。
[0009] 本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述單量子阱結(jié)構(gòu)和所述多量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱均由 含銦和鎵的氮化物構(gòu)成。
[0010] 本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述單量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱的含銦和鎵的氮化物為 InxGa1 XN，其中0. 20〈x〈0. 45,所述多量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱的含銦和鎵的氮化物為InyGa1 yN， 其中 0· 05〈y〈0. 2。 toon] 本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述單量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱的含銦和鎵的氮化物為 InxGa1 XN，所述多量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱的含銦和鎵的氮化物為InyGa1 yN，x>y，x-y>0· 05。
[0012] 本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述單量子阱結(jié)構(gòu)的阱寬為2nm~3nm，所述多量子阱 結(jié)構(gòu)的講寬為2nm~3nm。
[0013] 本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述單量子阱結(jié)構(gòu)和所述多量子阱結(jié)構(gòu)之間的壘寬為 IOnm~20nm，所述多量子講結(jié)構(gòu)的壘寬為IOnm~20nm。
[0014] 本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述多量子阱結(jié)構(gòu)還包括基本多量子阱結(jié)構(gòu)和/或基 本超晶格結(jié)構(gòu)。
[0015] -種發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其包括襯底、成核層、不摻雜的氮化物緩沖層、N型電子 注入層、P型空穴注入層及如上所述的量子阱結(jié)構(gòu)，所述量子阱結(jié)構(gòu)位于所述N型電子注入 層和所述P型空穴注入層之間。
[0016] -種發(fā)光二極管，其包括如上所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
[0017] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的所述量子阱結(jié)構(gòu)中，發(fā)光的窄禁帶寬度的單量子 阱結(jié)構(gòu)復(fù)合寬禁帶寬度的多量子阱結(jié)構(gòu)，能夠顯著提高較低禁帶寬度量子阱的輻射復(fù)合效 率，進(jìn)而可以很好地提高長(zhǎng)波長(zhǎng)LED的發(fā)光效率。
[0018] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠 更明顯易懂，以下特舉實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的量子阱結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的電熒光譜圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的電熒光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0024] 請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種量子阱結(jié)構(gòu)10,其包括靠近P摻雜區(qū)的單 量子阱結(jié)構(gòu)100及靠近N摻雜區(qū)的多量子阱結(jié)構(gòu)200,所述單量子阱結(jié)構(gòu)100為有源層的發(fā) 光區(qū)，且所述單量子阱結(jié)構(gòu)100的禁帶寬度小于所述多量子阱結(jié)構(gòu)200的禁帶寬度。
[0025] 可以理解的是，所述單量子阱結(jié)構(gòu)100包括一個(gè)量子阱101，所述多量子阱結(jié)構(gòu) 200包括多個(gè)量子阱201。
[0026] 本實(shí)施例中，所述多量子阱結(jié)構(gòu)200中量子阱201的數(shù)目大于等于2,即所述多量 子阱結(jié)構(gòu)200包括至少兩個(gè)量子阱201，圖1所示所述多量子阱結(jié)構(gòu)200包括三個(gè)量子阱 201，當(dāng)然，并不局限于次，所述多量子阱結(jié)構(gòu)200還可以包括更多的量子阱201。
[0027] 本實(shí)施例中，所述單量子阱結(jié)構(gòu)100和所述多量子阱結(jié)構(gòu)200均由含銦和鎵的氮 化物構(gòu)成。具體地，所述單量子阱結(jié)構(gòu)100的量子阱的含銦和鎵的氮化物為InxGa1 XN，其 中0. 20〈x〈0. 45,所述多量子阱結(jié)構(gòu)200的量子阱的含銦和鎵的氮化物為InyGa1 yN，其中 0. 05〈y〈0. 2。進(jìn)一步地，所述單量子阱結(jié)構(gòu)100的量子阱的含銦和鎵的氮化物為InxGa1 XN， 所述多量子阱結(jié)構(gòu)200的量子阱的含銦和鎵的氮化物為InyGa1 yN，x>y，x-y>0. 05。
[0028] 優(yōu)選地，所述單量子阱結(jié)構(gòu)100的阱寬為2nm~3nm，所述多量子阱結(jié)構(gòu)200的阱 寬為2nm~3nm，即所述多量子阱結(jié)構(gòu)200中的量子阱的阱寬為2nm~3nm。
[0029] 優(yōu)選地，所述單量子阱結(jié)構(gòu)100和所述多量子阱結(jié)構(gòu)200之間的壘寬為IOnm~ 20nm ;所述多量子講結(jié)構(gòu)200的壘寬為IOnm~20nm，B卩所述多量子講結(jié)構(gòu)200中的量子講 之間的壘寬為IOnm~20nm。
[0030] 可以理解的是，所述多量子阱結(jié)構(gòu)200的阱寬可以相同或不同，且所述多量子阱 結(jié)構(gòu)200的合金材料的組分也可以相同或不同。
[0031] 進(jìn)一步地，所述多量子阱結(jié)構(gòu)200還包括基本多量子阱結(jié)構(gòu)和/或基本超晶格結(jié) 構(gòu)（即具有超晶格特點(diǎn)的耦合多量子阱結(jié)構(gòu)）。
[0032] 所述量子阱結(jié)構(gòu)中，發(fā)光的窄禁帶寬度的單量子阱結(jié)構(gòu)100復(fù)合寬禁帶寬度的多 量子阱結(jié)構(gòu)200,能夠顯著提高較低禁帶寬度量子阱的輻射復(fù)合效率，進(jìn)而可以很好地提高 長(zhǎng)波長(zhǎng)LED的發(fā)光效率。
[0033] 所述量子阱結(jié)構(gòu)10可通過多個(gè)耦合阱的阱寬不同或耦合阱的合金材料組分不 同、多個(gè)窄壘的壘寬不同或多個(gè)窄壘的合金材料組分不同以及基本周期性結(jié)構(gòu)和基