本发明专利技术为一种加强载流子注入效率的氮化物发光二极管以及制作方法，该二极管至少包括n型电子注入层、耦合多量子阱结构有源层和p型空穴注入层；所述耦合多量子阱结构有源层包括接近n型电子注入层的电子注入加强量子阱层，接近p型空穴注入层的空穴注入加强量子阱层以及在这两个注入加强量子阱层中间的复合量子阱区层；所述电子/空穴注入加强区层中的势垒宽度小于复合量子阱区层中的势垒宽度。本发明专利技术还包括了该发光二极管的制作方法。本发明专利技术的优势在于利用有源层中量子阱的电子基态能量的变化分布，分别同时提高了电子和空穴载流子隧穿注入到有源区层的效率，从而增加了发光二极管的发光效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于发光二极管领域，具体涉及一种加强载流子注入效率的氮化物发光二极管，本专利技术还具体包括该二极管的制作方法。
技术介绍
发光二极管(Light-emitting diode, LED)是一种注入电致发光器件。GaN基材料的LED波长可调范围理论上覆盖了整个可见光波段，故其应用领域十分广阔。基于GaN基材料的氮化物LED器件在大屏幕全色显示、电视电脑背光源、汽车照明，道路照明和医学领域都有着广泛的应用。最近LED在室内照明中的应用也越变普遍，并预计会逐渐取代传统的日光灯成为新一代照明光源。虽然LED在节能和智能控制方面具有传统照明光源所没有的优势而越受关注，但目前LED的发光效率相对还是较低，还有很多技术问题需要进一步解决。例如从LED外延结构方面来说，如何优化外延结构，提高载流子的注入效率是进一步提高LED器件性能的关键之一。目前，氮化物LED器件的载流子注入方式为双极性输入，即电子和空穴分别从有有源层两端的电子注入层和空穴注入层输入到多量子阱有源层区中。在传统LED中，载流子的输入主要靠其本身的输运特性，同时由于传统有源层多量子阱中的电子基态能量相等的结构限制(能带示意图如说明书附图1所示)，载流子在有源层中得不到有效输运，其分布不均勻且不可控。为了控制载流子在有源层中的分布和控制其复合发光的位置，美国专利《LIGHT EMITTINGDIODE HAVING ACTIVE REGION OF MULTI QUANTUM WELLSTRUCTURE》(专利号US 7649195B2)公布了一种LED外延结构，通过在多量子阱有源层中插入一层带隙更大的中间势垒层，从而使电子和空穴在有源层中的分布和复合位置变的可控，进而提高了 LED的发光性能。为进一步提高LED有源区的载流子注入效率，相关科学人员提出了通过在有源区前插入一电子发射层的方法。例如美国专利《LIGHT EMITTING DIODESffITH ASYMMETRIC RESONANCE TUNNELLING》(专利号US 6614060B1)和中国专利《一种非对称多量子阱结构的蓝光LED及其制作方法》(申请号200810208079. 1)所公布的，在多量子阱有源层前插入单层或多层InGaN或AlfeJnP电子发射层，以提高LED的电子注入效率。研究表明，通过该电子发射层，更多的电子在此层积累并隧穿注入到真正的发光有源层中，从而提高了 LED的电子注入效率。另一方面，由于空穴有效质量比电子有效质量更大，有关科学人员认为空穴载流子注入和输运较电子更为困难，也制约着LED效率的提高(有关报道请参阅文献:X. Ni, Q. Fan, R. Shimada7LImit Ozglir, and H. Morko, “ Reduction of efficiency droop in InGaN light emitting diodes by coupled quantumwells " , Appl. Phys. Lett. 93，171113(2008)和 J. -Y. Zhang,L. -E Cai，B. -P. Zhang,X. _L. Hu,F. Jiang, J. _Z. Yu, and Q. -M. Wang, " Efficient hole transport in asymmetriccoupled InGaN multiple quantum wells" ,Appl. Phys. Lett. 95,161110 (2009)) 有鉴于此，中国专利《一种氮化物发光器件及其制备方法》(申请号200910111571. 1)公布了在整个LED有源层中采用一种利用非对称的量子阱结构提高空穴载流子的输运效率的LED结构。由于该结构只考虑对空穴载流子的提高作用，实际上对电子的注入有一定的抑制。同时由于该结构覆盖整个有源层区，其量子阱中的电子基态能量都不同，故会影响出光波长的稳定性。另外，由于目前氮化物LED外延一般是沿着极性W001]方向生长，由于极化效应的存在，在传统的LED结构中存在严重的载流子泄漏，这在高注入高功率的应用中尤为明显。(有关报道请参阅文献 M. -H. Kim, M. F. Schubert, Q. Dai，J. K. Kim, E. F. Schubert, J. Piprek and Y. Park, " Origin of efficiency droop inGaN-based light-emitting diodes"，Appl.Phys. Lett.，91，183507 (2007))。综上所述，较低的电子和空穴载流子注入效率和严重的载流子泄漏大大降低了 LED器件的量子效率，也导致了功率LED器件在高注入下效率明显下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有氮化物发光二极管有源层区的电子和空穴注入效率较低的缺陷，提供一种能同时加强电子和空穴载流子注入效率的氮化物发光二极管。该二极管器件可以同时实现电子和空穴载流子在多量子阱有源层区的有效注入和输运，从而改善传统发光二极管中载流子注入效率低下和分布不均的现象，同时该结构也能抑制电子和空穴的泄漏，提高LED器件的效率和性能。本专利技术同时给出了上述发光二极管的制作方法， 这种改进的发光二极管结构，对生长设备和工艺条件没有特殊要求，在不会对后续的生长和工艺步骤产生较大改动的基础上，提高了发光二极管的性能。为了实现上述目的，本专利技术包括如下技术特征一种加强载流子注入效率的氮化物发光二极管，至少包括n型电子注入层、耦合多量子阱结构有源层和ρ型空穴注入层；所述耦合多量子阱结构有源层包括接近η型电子注入层的电子注入加强量子阱层，接近ρ型空穴注入层的空穴注入加强量子阱层以及在这两个注入加强量子阱层中间的复合量子阱区层；所述两个注入加强量子阱层通过电子基态能量渐改变的多量子阱结构，使载流子趋向于注入复合量子阱区层。本专利技术的优势在于利用有源层中量子阱的电子基态能量的变化分布，同时分别提高了电子和空穴载流子隧穿注入到有源区层的效率，从而增加了发光二极管的发光效率。为了实现同时提高电子和空穴载流子隧穿注入到有源区层的效率，有源层中量子阱的电子基态能量的变化分布具体为所述电子注入加强量子阱层的量子阱电子基态能量在靠近η型电子注入层一端最高，且沿远离η型电子注入层方向逐渐降低；所述空穴注入加强量子阱层的量子阱电子基态能量在靠近P型空穴注入层一端最高，且沿靠近P型空穴注入层方向逐渐增高；所述复合量子阱区层的量子阱电子基态能量相同且等于或低于电子注入加强量子阱层和空穴注入加强量子阱层的量子阱最低电子基态能量。根据载流子优先填充较低的能级理论，在电子注入加强量子阱层中电子的隧穿几率大大提高，电子会趋向于填充更靠P型注入层端的量子阱，进而进入复合量子阱区层52。 而在空穴注入加强量子阱层53中，空穴的隧穿几率也大大提高且趋向于填充更靠η型注入层端的量子阱，进而进入复合量子阱区层52并与电子复合发光。为了实现上述电子基态能量分布，本专利技术结构具体为耦合多量子阱结构有源层中的量子阱材料为AlxInyGai_x_yN，厚度为Inm 5nm，并且0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1 本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种加强载流子注入效率的氮化物发光二极管，其特征在于至少包括：ｎ型电子注入层（１４）、耦合多量子阱结构有源层（１５）和ｐ型空穴注入层（１７）；所述耦合多量子阱结构有源层（１５）包括接近ｎ型电子注入层（１４）的电子注入加强量子阱层（５１），接近ｐ型空穴注入层（１７）的空穴注入加强量子阱层（５３）以及在这两个注入加强量子阱层（５１、５３）中间的复合量子阱区层（５２）；所述两个注入加强量子阱层（５１、５３）通过电子基态能量逐渐改变的多量子阱结构，使载流子趋向于注入复合量子阱区层（５２）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：江灏，王钢，黄善津，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81
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