一种氮化物LED结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化物LED结构，其在N型电子注入层与多量子阱有源层之间插入一In含量渐变的InGaN层，从而释放多量子阱有源层和N型电子注入层之间的应力，提高器件的内量子效率和发光强度；同时，还公开了一种氮化物LED结构的制备方法，通过在N型电子注入层与多量子阱有源层之间生长一In含量渐变的InGaN层，从而释放多量子阱有源层和N型电子注入层之间的应力，提高器件的内量子效率和发光强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及LED制备
，尤其涉及一种氮化物LED结构及其制备方法。
技术介绍
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后， 注入PN结中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出能量而引起光子发射，直接发出颜色为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的光。随着以氮化物为基础的高亮度LED应用的开发，新一代绿色环保型固体照明光源-氮化物LED已成为人们关注的焦点。以GaNUnGaN和AlGaN合金为主的III族氮化物半导体材料具有宽的直接带隙、强化学键、耐高温、抗腐蚀等优良性能，是制造短波长高亮度发光器件的理想材料。通常的GaN基LED发光器件采用P_N结结构，并且在P型半导体和N型半导体之间设有多量子阱结构，所述多量子阱结构作为有源区。当器件工作时，电子和空穴分别从有源区两端的N型区和P型区输入，在量子阱有源区内复合发光。请参考图1，图1为现有的氮化物LED结构的剖面图，如图1所示，现有的氮化物LED结构包括衬底101、在所述衬底 101上依次形成的低温缓冲层102、不掺杂的氮化物层103、N型电子注入层104、多量子阱有源层105、电子阻挡层106以及P型空穴注入层107，其中，所述N型电子注入层104与N 型电极108相连，所述P型空穴注入层107上形成有透明电极层109，所述透明电极层109 上制备有P型电极110。关于现有的氮化物LED结构的能带结构请参考图2，图2为现有的氮化物LED结构的能带示意图，如图2所示，现有的氮化物LED结构的多量子阱有源层直接与N型电子注入层相连。由于没有商用的GaN体材料衬底，所以通常的GaN基发光器件都是利用MOCVD技术生长在异质衬底上，例如Al203、SiC和Si等；这样就会造成外延薄膜中含有很高密度的线性位错(> IO8CnT2)。与其他III-V化合物半导体发光器件不同的是，尽管具有这样高密度的位错，氮化镓基LED依然具有很高的发光强度。研究认为，这主要是由于作为发光有源层的InGaN合金发生了相分离现象，形成高h组分的InGaN量子点和低h组分的InGaN基体。高^组分的InGaN量子点会对注入量子阱的电子和空穴产生俘获效应，在载流子没有到达缺陷进行非辐射复合之前，就已经辐射复合发光。所以，控制量子阱中InGaN的形态， 即合金相分离的程度，是控制氮化镓基LED内量子效率和发光效率的关键手段之一。研究表明，在平面应力的作用下，氮化物LED有源层量子阱中的^iGaN合金的相分离效应会受到抑制，不能充分的生成含^组分高的InGaN量子点状结构。所以，为提高器件的发光效率，调节InGaN量子阱层的平面应力是关键技术之一。不仅如此，通过生长与多量子阱有源区晶格常数相近的InGaN过渡层，释放有源层中的应力，还可以减轻有源层中InGaN/GaN异质结构的压电极化效应。缓解电子与空穴波函数在空间上的分离，提高载流子的复合效率，从而提高LED器件的发光效率。通常的，InGaN/GaN的量子阱有源区生长在N型GaN层上。由于hN的晶格常数要比GaN的大，所以直接生长在GaN上的InGaN量子阱层会受到平面双轴压应力的作用。为缓解^iGaN层的应力，研究者采取了不同的方法。比如，在有源层与N型氮化镓之间插入附加的hGaN/GaN多量子阱，插入低h组分的InGaN薄层等。然而，上述方法中由于hGaN与GaN的晶格常数不同，会形成异质结，从而产生晶体缺陷，降低晶体的质量。因此，如何控制有源区的平面应力，以提高氮化物LED的发光亮度，已成为目前业界亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氮化物LED结构及其制备方法，以提高氮化物LED的性能。为解决上述问题，本专利技术提出一种氮化物LED结构，该氮化物LED结构至少包括N 型电子注入层、P型空穴注入层以及夹在所述N型电子注入层与所述P型空穴注入层之间的多量子阱有源层，且所述多量子阱有源层与所述P型空穴注入层之间设置有一电子阻挡层，所述N型电子注入层与所述多量子阱有源层之间还设置有一 h含量渐变的InGaN层， 其中，所述InGaN层中的^含量低的部分靠近所述N型电子注入层，In含量高的部分靠近所述多量子阱有源层。可选的，所述^含量渐变的InGaN层中的最高的^含量小于或等于所述多量子阱有源层中的量子阱的势垒的^含量。可选的，所述含量渐变的InGaN层中的最高的含量大于所述多量子阱有源层中的量子阱的势垒的^含量，但小于所述多量子阱有源层中的量子阱的势阱的^含量。可选的，所述N型电子注入层的禁带宽度、P型空穴注入层的禁带宽度以及多量子阱有源层中的量子阱的势垒的禁带宽度均大于所述多量子阱有源层中的量子阱的势阱的禁带宽度。可选的，所述多量子阱有源层中的量子阱的势阱由hxGai_xN组成，量子阱的势垒由 LyGi^yN 组成，其中 0<1<1.0，0<7<1.0，且1>7。可选的，所述h含量渐变的hGaN层的厚度范围为0. OOlum 1. Oum。可选的，所述h含量渐变的^iGaN层中的靠近所述N型电子注入层的部分掺杂了 Si ο可选的，该氮化物LED结构还包括衬底、在所述衬底上依次生长的低温缓冲层以及不掺杂的氮化物层，所述不掺杂的氮化物层上依次形成有所述N型电子注入层、所述含量渐变的InGaN层、所述多量子阱有源层、所述电子阻挡层以及所述P型空穴注入层，所述N型电子注入层与N型电极相连，所述P型空穴注入层上形成有透明电极层，所述透明电极层上制备有P型电极。同时，为解决上述问题，本专利技术还提出一种氮化物LED结构的制备方法，该方法包括如下步骤提供衬底；在所述衬底上依次形成低温缓冲层、不掺杂的氮化物层、N型电子注入层、^含量渐变的hGaN层、多量子阱有源层、电子阻挡层以及P型空穴注入层；其中，所述hGaN层中的^含量低的部分靠近所述N型电子注入层，含量高的部分靠近所述多量子阱有源层；依次刻蚀所述P型空穴注入层、所述电子阻挡层、所述多量子阱有源层以及所述 In含量渐变的InGaN层，形成一台柱面，并露出所述N型电子注入层，在露出的N型电子注入层上制备N型电极；在刻蚀后的所述P型空穴注入层上制备透明电极层及P型电极。可选的，所述^含量渐变的InGaN层中的最高的^含量小于或等于所述多量子阱有源层中的量子阱的势垒的^含量。可选的，所述^含量渐变的InGaN层中的最高的^含量大于所述多量子阱有源层中的量子阱的势垒的^含量，但小于所述多量子阱有源层中的量子阱的势阱的^含量。可选的，所述N型电子注入层的禁带宽度、P型空穴注入层的禁带宽度以及多量子阱有源层中的量子阱的势垒的禁带宽度均大于所述多量子阱有源层中的量子阱的势阱的禁带宽度。可选的，所述多量子阱有源层中的量子阱的势阱由hxGai_xN组成，量子阱的势垒由 LyGi^yN 组成，其中 0<1<1.0，0<7<1.0，且1>7。可选的，所述h含量渐变的hGaN层的厚度范围为0. OOlum 1. Oum。可选的，所述h含量渐变的^iGaN层中的靠近所述N型电子注入层的部分掺杂了 S本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氮化物ＬＥＤ结构，至少包括Ｎ型电子注入层、Ｐ型空穴注入层以及夹在所述Ｎ型电子注入层与所述Ｐ型空穴注入层之间的多量子阱有源层，且所述多量子阱有源层与所述Ｐ型空穴注入层之间设置有一电子阻挡层，其特征在于，所述Ｎ型电子注入层与所述多量子阱有源层之间还设置有一Ｉｎ含量渐变的ＩｎＧａＮ层，其中，所述ＩｎＧａＮ层中的Ｉｎ含量低的部分靠近所述Ｎ型电子注入层，Ｉｎ含量高的部分靠近所述多量子阱有源层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于洪波，
申请(专利权)人：映瑞光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31