本发明专利技术公开了一种具有倾斜量子垒结构的氮化镓半导体发光二极管及其制法。该发光二极管包括依次层叠的N型氮化镓层、多量子阱结构层和P型氮化镓层，所述多量子阱结构层包含交替层叠的复数铟镓氮阱层和复数铟镓氮垒层，并且各铟镓氮垒层中铟的摩尔含量沿着由P型氮化镓层指向N型氮化镓层的方向逐渐递减。该发光二极管可通过MOCVD等外延工艺生长形成。藉由本发明专利技术的技术方案，不但能降低量子阱内极化效应产生的极化电场，能增加电子空穴在量子阱中的复合效率，降低空穴迁移的势垒，使电子和空穴更均匀地分布在多个量子阱中，还能有效减少电子的泄露，从而提高发光二极管在大电流密度下的发光效率，解决发光二极管中效率下降的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种发光二极管，特别涉及一种具有倾斜量子垒结构的氮化镓半导体发光二极管，属于氮化镓半导体器件设计与外延生长领域。
技术介绍
在氮化镓基发光二极管中，由于空穴有效质量大，导致载流子在多量子阱中分布不均匀。通常多量子阱的发光主要来源于靠近P型层的1-2个量子阱中。当注入电流密度较高时，发光二极管会出现效率下降的问题。C面上生长的发光二极管量子阱内还存在一个极化势场，使得导带和价带在阱内发生倾斜，电子和空穴在空间上分离，降低阱内辐射复合的效率。具体言之，当注入电流密度较高时，由于空穴主要分布在靠近P型层的1-2个阱中，那么这些阱中的载流子密度会随着注入电流密度的增加而增加。俄歇复合的速率与载流子密度的3次方成正比，那么高的载流子密度会导致俄歇复合迅速增加，这样发光效率会随着注入电流密度的增加而下降。同时，电子泄露也会加剧发光效率的下降。请参阅图1所示即为传统的铟镓氮/氮化镓多量子阱导带示意图，阱层101使用铟镓氮，垒层102使用氮化镓。在这种结构中，由于垒对空穴的阻挡限制作用，空穴通常主要只分布在靠近P型的1-2个量子阱中。电子阻挡层103与多量子阱结果的带阶差小，对电子泄露的阻挡作用有限。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有倾斜量子垒结构的氮化镓半导体发光二极管，其通过多量子阱结构的优化，减小极化效应，降低空穴迁移的势垒，使电子和空穴更均匀地分布在多个量子阱中，减少电子的泄露，从而抑制大电流密度注入下复合效率的下降，解决发光二极管中效率下降的问题。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下: 一种具有倾斜量子垒结构的氮化镓半导体发光二极管，包括依次层叠的N型氮化镓层、多量子阱结构层和P型氮化镓层，所述多量子阱结构层包含交替层叠的复数铟镓氮阱层和复数铟镓氮垒层，并且在所述多量子阱结构层中，沿着由P型氮化镓层指向N型氮化镓层的方向，各铟镓氮垒层中铟的摩尔含量逐渐递减。进一步的，所述多量子阱结构层包含数对量子阱结构，其中每一对量子阱结构包含沿着由P型氮化镓层指向N型氮化镓层的方向依次层叠设置的一铟镓氮垒层和一铟镓氮阱层。进一步的，所述多量子阱结构层与所述P型氮化镓层之间还设有电子阻挡层。作为较为优选的实施方案之一，所述具有倾斜量子垒结构的氮化镓半导体发光二极管包括沿设定方向依次设置的低温氮化镓层、非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱结构层、铝镓氮电子阻挡层、P型氮化镓层和P型氮化镓接触层。进一步的，所述具有倾斜量子垒结构的氮化镓半导体发光二极管还包括衬底。进一步的，所述多量子阱结构层中，各铟镓氮垒层中铟的摩尔含量递减的形式包括线性的递减、抛物线型的递减、台阶式的递减或其它形式的递减。进一步的，所述的倾斜量子垒结构还包括其衍生结构，例如靠近N型氮化镓层的部分量子垒使用氮化镓，而靠近P型氮化镓的部分量子垒使用倾斜的结构。一种具有倾斜量子垒结构的氮化镓半导体发光二极管的制备方法，包括:在衬底上依次生长形成N型氮化镓层、多量子阱结构层和P型氮化镓层，所述多量子阱结构层包含交替层叠的复数铟镓氮阱层和复数铟镓氮垒层， 其中，在生长形成多量子阱结构层的过程中，还通过调节外延生长参数，使所述多量子阱结构层中各铟镓氮垒层内铟的摩尔含量沿着由P型氮化镓层指向N型氮化镓层的方向逐渐递减。进一步的，所述外延生长参数包括垒层的生长温度、镓源流量、铟源流量、反应室压力等能够调节铟摩尔含量的生长参数。进一步的，所述铟源可选自但不限于三甲基铟(TMIn)。与现有技术相比，本专利技术的优点包括:利用倾斜的多量子阱结构减少极化效应，降低空穴迁移的势垒，使电子和空穴更均匀地分布在多个量子阱中，减少电子的泄露，从而抑制大电流密度注入下复合效率的下降，解决发光二极管中效率下降的问题。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为传统铟镓氮/氮化镓多量子阱能带示意图； 图2为本专利技术中一种典型的具有倾斜量子垒结构的氮化镓发光二极管的结构示意图；图3为本专利技术中一种典型的倾斜量子垒结构的多量子阱能带示意图，量子垒中铟的摩尔含量变化形式为台阶式； 图4为本专利技术中一种典型的倾斜量子垒结构的多量子阱能带示意图，量子垒中铟的摩尔含量变化形式为线性变化； 图5为本专利技术一典型实施方案之中利用M0CVD生长倾斜量子垒结构的温度及TMIn流量控制示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。如前所述，鉴于现有氮化镓半导体发光二极管的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是通过使用渐变组份的铟镓氮作为量子垒，将铟镓氮多量子阱的能带设计为倾斜的结构，降低量子阱内极化效应产生的极化电场，增加电子空穴在量子阱中的复合效率，降低空穴迁移的势垒，使电子和空穴更均匀地分布在多个量子阱中，减少电子的泄露，从而实现氮化镓半导体发光二极管在大电流密度下的高效发光，解决发光二极管中效率下降的问题。具体的讲，本专利技术的一个方面提供了一种具有倾斜量子垒结构的氮化镓半导体发光二极管，包括依次层叠的N型氮化镓层、多量子阱结构层和P型氮化镓层，所述多量子阱结构层包含交替层叠的复数铟镓氮阱层和复数铟镓氮垒层，并且在所述多量子阱结构层中，沿着由P型氮化镓层指向N型氮化镓层的方向，各铟镓氮垒层中铟的摩尔含量逐渐递减。进一步的，所述多量子阱结构层包含数对量子阱结构，其中每一对量子阱结构包含沿着由P型氮化镓层指向N型氮化镓层的方向依次层叠设置的一铟镓氮垒层和一铟镓氮阱层。本专利技术的另一个方面提供了一种具有倾斜量子垒结构的氮化镓半导体发光二极管的制备方法，包括:在衬底上依次生长形成N型氮化镓层、多量子阱结构层和P型氮化镓层，所述多量子阱结构层包含交替层叠的复数铟镓氮阱层(以下简称“阱层”)和复数铟镓氮垒层(以下简称“垒层”)； 并且，在生长形成多量子阱结构层的过程中，还通过调节外延生长参数，使所述多量子阱结构层中各铟镓氮垒层内铟的摩尔含量沿着由P型氮化镓层指向N型氮化镓层的方向逐渐递减。其中，在各各铟镓氮垒层内，铟组分含量的递减具有多种不同的方式，包括线性的递减、抛物线型的递减、台阶式的递减，及其它形式的递减。进一步的，所述的倾斜量子垒结构还包括其衍生结构，例如靠近N型氮化镓层的部分量子垒使用氮化镓，而靠近P型氮化镓的部分量子垒使用倾斜的结构。进一步的，所述铟组分含量的递减，可以通过外延技术手段来实现的，如阱内生长温度的调节，三甲基铟流量，流速及反应室压力的调节等，但不局限于某种特定的方法。作为本专利技术的一典型实施方案，其中一种具有本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有倾斜量子垒结构的氮化镓半导体发光二极管，包括依次层叠的N型氮化镓层、多量子阱结构层和P型氮化镓层，所述多量子阱结构层包含交替层叠的复数铟镓氮阱层和复数铟镓氮垒层，其特征在于在所述多量子阱结构层中，沿着由P型氮化镓层指向N型氮化镓层的方向，各铟镓氮垒层中铟的摩尔含量逐渐递减。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周坤，池田昌夫，刘建平，张书明，李德尧，张立群，杨辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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