具有梯形量子阱结构的发光二极管制造技术

一种具有梯形量子阱结构的发光二极管，包括在衬底１０上，以常规技术依次生长缓冲层１１、ｎ型掺杂的ＧａＮ层１２、ｎ型掺杂的ＧａＮ层１３、ｎ型掺杂的ＡｌＧａＮ层２０、Ｎ个量子阱２２、ｐ型掺杂的ＡｌＧａＮ层２１、ｐ型掺杂的ＧａＮ层１５，透明电极１６、以及ｐ型欧姆接触１７，在ｎ型掺杂的ＧａＮ层１３上经常规光刻技术制作ｎ型欧姆接触１８；其特征在于：所述的量子阱２２由不掺杂的势垒层２３和在其上不掺杂的势阱层２４组成，且势阱层的带隙小于势垒层的带隙；量子阱２２的数目Ｎ为１～１００；所述的势阱层２４为梯形；在ｎ型掺杂的ＡｌＧａＮ层２０与Ｎ个量子阱２２之间、Ｎ个量子阱２２之间与ｐ型掺杂的ＡｌＧａＮ层２１之间还分别有ＧａＮ隔离层１４－１、ＧａＮ隔离层１４－２。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种发光二极管，特别是涉及一种具有梯形量子阱结构的发光二极管。技术背景半导体发光二极管光源寿命长、功耗低、可靠性好，在生产和生活的许多领域得到了普遍的认可，用途广泛。近十年来，以GaN基蓝光二极管为代表的短波长发光二极管在基础研究和商业发展上取得了很大的进步，使人类获得高重复性、长寿命的全色包括白光光源。如美国专利4918497、4966862、5027168和5338944所述，现在国际上普遍应用的GaN基发光二极管结构如图1所示，在n型掺杂的GaN层13上生长n型掺杂的AlGaN层20，随后生长InGaN/GaN多量子阱22-1，然后再生长p型掺杂的AlGaN层21和p型掺杂的GaN层15。在生长InGaN/GaN多量子阱22-1时，GaN势垒23-1上掺Si，这样可以提高GaN的晶体质量，同时促使量子阱中的In凝聚成In团，使二极管发光增强。但这种结构也存在明显的缺点首先，目前GaN基发光二极管所采用的InGaN/GaN多量子阱是方势阱，如图2所示，由于自发极化和压电极化效应，量子阱中有很强的电场，使量子阱中电子和空穴在空间上发生分离，极大限制了电子和空穴辐射复合几率；其次，势垒掺Si在量子阱中引入了n型杂质，使得p-n结偏离InGaN/GaN多量子阱区，从而在发光二极管工作于正向偏压时，量子阱区的少数载流子为空穴，空穴在扩散过程中与电子复合发光，但由于空穴的迁移率很低，扩散长度很小，发生辐射复合的电子与空穴数目也相应减少；相反，p型掺杂的GaN层15中的少数载流子为电子，其扩散长度很长，这就使复合区域大部分位于p型掺杂的GaN层15，而发生在多量子阱中的辐射复合减弱；最后，在这种结构中，电子和空穴复合时主要以DA发光为主，随着载流子注入的增加，DA中心趋于饱和，多余的载流子会通过非辐射复合过程复合，极大限制了以InGaN/GaN多量子阱为有源区的发光二极管发光强度的进一步提高。
技术实现思路
本技术的目的在于克服已有技术的方形量子阱发光二极管中电子和空穴辐射复合几率和发光强度低的缺陷，从而提供一种具有梯形量子阱结构的发光二极管，该发光二极管的多量子阱结构采用梯形量子阱，使电子和空穴在空间上能更好的重合在一起，可以提高电子和空穴辐射复合几率；该发光二极管的多量子阱区可以与p-n结重合，使电子与空穴主要在量子阱中通过带边辐射复合发光，可以提高发光二极管的发光效率；而且这种改进的发光二极管结构，对生长设备和工艺条件无特殊要求，不会使随后的生长及工艺步骤复杂化。本技术的目的是由如下的技术方案实现的本技术提供一种具有梯形量子阱结构的发光二极管，如图3所示，包括在衬底10上，以常规技术依次生长缓冲层11、n型掺杂的GaN层12、n型掺杂的GaN层13、n型掺杂的AlGaN层20、N个量子阱22、p型掺杂的AlGaN层21、p型掺杂的GaN层15，透明电极16、以及p型欧姆接触17，在n型掺杂的GaN层13上经常规光刻技术制作n型欧姆接触18；其特征在于所述的量子阱22由不掺杂的势垒层23和在其上不掺杂的势阱层24组成，且势阱层的带隙小于势垒层的带隙；量子阱22的数目N为1～100；所述的势阱层24为梯形，如图4所示；在n型掺杂的AlGaN层20与N个量子阱22之间、N个量子阱22之间与p型掺杂的AlGaN层21之间还分别有GaN隔离层14-1、GaN隔离层14-2。所述势垒层23为由Ga、In、Al、N组成的二元、三元、四元化合物或混合物；所述势垒层23为GaN、InxGa1-xN、AlyGa1-yN或InaGabAl1-a-bN，其中0＜x＜1；0＜y≤1；0＜a＜1，0＜b＜1，且a+b≤1，在选择Al和In的摩尔含量时，要满足本层的带隙宽度大于势阱层的带隙宽度；所述势垒层23的厚度为1～500nm；所述势垒层23的厚度最好为250nm。所述势阱层24为由Ga、In、Al、N组成的二元、三元、四元化合物或混合物；所述势阱层24为GaN、InxGa1-xN、AlyGa1-yN或InaGabAl1-a-bN，其中0＜x≤1；0＜y＜1；0＜a＜1，0＜b＜1，且a+b≤1，在选择Al和In的摩尔含量时，要满足本层的带隙宽度小于势垒层的带隙宽度；所述势阱层24由两边的带隙宽度逐渐增大层和中间的带隙宽度固定层组成；所述势阱层24中的两边的带隙宽度逐渐增大层厚度为1～100nm；中间的带隙宽度固定层厚度为1～100nm；所述势阱层24中的两边的带隙宽度固定层厚度最好为50nm；中间的带隙宽度固定层厚度最好为50nm。所述AlGaN层20、21均为AlxGa1-xN，或由AlxGa1-xN和GaN组成的超晶格结构，其中0＜x≤1；所述AlGaN层20、21的厚度为1～500nm。所述p型掺杂的掺杂剂为II族元素，掺杂原子浓度为1×1016cm-3～5×1019cm-3；所述II族元素包括Mg、Zn。所述n型掺杂的掺杂剂为IV族元素，掺杂原子浓度为1×1016cm-3至1×1020cm-3；所述IV族元素包括Si。所述GaN隔离层14-1、14-2的厚度为1～500nm；所述GaN隔离层14-1、14-2的厚度最好为200nm。所述p型掺杂的GaN层15的厚度为10～2000nm。所述n型掺杂的GaN层13的厚度为100～9000nm。本技术提供的梯形量子阱发光二极管的优益之处在于，与常规的GaN基发光二极管结构相比，量子阱区不掺杂，量子阱区两侧生长有不掺杂的GaN隔离层，通过合理调整GaN隔离层的厚度，可以有效地调整p-n结的位置，使之位于多量子阱区域；量子阱中的电子和空穴在空间上重合在一起，大大提高了它们的辐射复合几率；当发光二极管正常工作时，电子在整个量子阱区与空穴发生辐射复合，效率大大增加；同时这种结构使电子与空穴主要在量子阱中通过带边辐射复合发光，有效增强了发光二极管的发光强度，如图5所示。如图6、7所示，采用本专利技术提供的蓝光二极管，前向电压为3.5V以下，其发光强度达到7mW。附图说明图1是已有技术的发光二极管的剖面图；其中10为衬底材料；11为缓冲层；12为n型掺杂的GaN；13为n型掺杂的GaN；20为n型掺杂的AlGaN；23-1为n型掺杂的势阱；24为势垒；22-1为量子阱；21为p型掺杂的AlGaN；15为p型掺杂的GaN；16为透明电极；17为p型欧姆接触；18为n型欧姆接触；图2是已有技术的方势阱多量子阱的示意图(图2-1)和能带图(图2-2)；图3是本技术的发光二极管的剖面图；其中14-1为GaN隔离层；14-2为GaN隔离层；23为不掺杂的势阱；22为量子阱；图4是本技术的梯形多量子阱的示意图(图4-1)和能带图(图4-2)；图5是本技术发光二极管的光荧光图；其中曲线1代表已有技术的发光二极管，曲线2代表本专利技术提供的发光二极管； 图6是本技术发光二极管的电流电压特性图；图7是本技术发光二极管的发光亮度与电流的关系。具体实施方式本技术提供的具有梯形量子阱结构的发光二极管，如图3、图4所示；它包括在衬底10上，以常规技术依次生长缓冲层11、n型掺杂的GaN层12、n型掺杂的GaN层13、n型掺杂的AlGaN层20、N个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有梯形量子阱结构的发光二极管，包括在衬底10上，以常规技术依次生长缓冲层11、n型掺杂的GaN层12、n型掺杂的GaN层13、n型掺杂的AlGaN层20、N个量子阱22、p型掺杂的AlGaN层21、p型掺杂的GaN层15，透明电极16、以及p型欧姆接触17，在n型掺杂的GaN层13上经常规光刻技术制作n型欧姆接触18；其特征在于所述的量子阱22由不掺杂的势垒层23和在其上不掺杂的势阱层24组成，且势阱层的带隙小于势垒层的带隙；量子阱22的数目N为1～100；所述的势阱层24为梯形；在n型掺杂的AlGaN层20与N个量子阱22之间、N个量子阱22之间与p型掺杂的AlGaN层21之间还分别有GaN隔离层14-1、GaN隔离层14-2。2.如权利要求1所述的具有梯形量子阱结构的发光二极管，其特征在于所述势垒层23为由Ga、In、Al、N组成的二元、三元、四元化合物或混合物，其包括GaN、InxGa1-xN、AlyGa1-yN或InaGabAl1-a-bN，其中0＜x＜1；0＜y≤1；0＜a＜1，0＜b＜1，且a+b≤1，在选择Al和In的摩尔含量时，要满足本层的带隙宽度大于势阱层的带隙宽度。3.如权利要求1所述的具有梯形量子阱结构的发光二极管，其特征在于所述势垒层23的厚度为1～500nm。4.如权利要求1所述的具有梯形量子阱结构的发光二极管，其特征在于所述势阱层24为由Ga、In、Al、N组成的二元、三元、四元化合物或混合物，其包括GaN、InxGa1-xN、AlyGa1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈弘，周均铭，李东升，于洪波，贾海强，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：