一种氮化物发光二极管结构的制作方法

本发明涉及半导体材料，尤其是涉及一种氮化物发光二极管结构。

背景技术：

发光二极管（led）以其节能环保、可靠性高等显著特点得到人们广泛的关注和研究。在能源危机和环境危机日益加重的今天，众多国家和地区将led照明技术列为国家发展战略。经过二十多年的研究和努力，led外延生长技术、led芯片制造技术以及led封装技术均得到长足进步，使得led被广泛用于显示屏、指示灯、景观照明、汽车灯、通用照明等很多领域。

氮化物led普遍存在在较大工作电流密度下，发光效率随电流的增大而减小的现象，这一现象被称为“效率droop效应”。产生droop效应的原因在学术界依然存在争议，但主要包括电子泄漏、电子空穴不匹配、俄歇复合等几种。大量研究表明，电子泄漏和电子空穴不匹配的主要原因是氮化物led的p型载流子（空穴）不足以及在多量子阱中分布严重不均匀。可见，当空穴浓度不能进一步提升的情况下，减缓droop效应提升氮化物led发光效率的一个可行方法就是使空穴与电子更加匹配。由于空穴浓度低于电子浓度，因此如果使空穴均匀分布到多量子阱中，将会使空穴与电子更加不匹配。如将有限的空穴限制在部分量子阱中，则会提升空穴在这些量子阱中的浓度，从而使得这些量子阱中空穴与电子更加匹配，提升发光效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可有效调控空穴在多量子阱中分布、使空穴和电子更为有效地分布到部分量子阱中、从而改善空穴和电子的匹配度、提升发光效率的氮化物发光二极管结构。

本发明的目的是这样实现的：

一种氮化物发光二极管结构，包括衬底，在衬底上设有缓冲层，在缓冲层上依次设有n型层、准备层、第一限制量子阱层、发光多量子阱层、第二限制量子阱层和p型层，特征是：在所述准备层、第一限制量子阱层、发光多量子阱层和第二限制量子阱层位置包含有倒六角锥结构；所述第一限制量子阱层和第二限制量子阱层的量子阱禁带宽度均比发光多量子阱层的量子阱禁带宽度宽0.03─0.3ev。

所述准备层是inxga(1-x)n单层结构或inyga(1-y)n/inzga(1-z)n周期结构，其中0≤x≤0.15，0.01≤y≤0.15，0≤z≤0.05，inxga(1-x)n层的厚度为hx，50nm≤hx≤200nm，inyga(1-y)n/inzga(1-z)n周期结构的周期数为j，10≤j≤100。

第一限制量子阱层是由alxinyga(1-x-y)n量子阱和aluinvga(1-u-v)n势垒组成的周期结构，其周期数为m，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤u≤1，0≤v≤1，1≤m≤5。

发光多量子阱层是由alxinyga(1-x-y)n量子阱和aluinvga(1-u-v)n势垒组成的周期结构，其周期数为k，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤u≤1，0≤v≤1，3≤k≤6。

第二限制量子阱层是由alxinyga(1-x-y)n量子阱和aluinvga(1-u-v)n势垒组成的周期结构，其周期数为n，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤u≤1，0≤v≤1，1≤n≤2。

位于准备层、第一限制量子阱层、发光多量子阱层和第二限制量子阱层位置的倒六角锥结构在生长平面上分布密度为ρ，即为单位面积上的个数，至第二限制量子阱层的顶部时倒六角锥结构与生长平面相交成正六边形，正六边形的边长为l，其中1×10⁸cm^-2≤ρ≤1×10¹⁰cm^-2，50nm≤l≤200nm。所述生长平面为gan材料体系的（0001）面，倒六角锥结构的六个锥面为gan材料体系{10–11}面族的六个面。至第二限制量子阱层生长结束时，倒六角锥结构表现为倒六角锥形的空洞（如图2所示），在生长p型层的过程中上述空洞被填平。

所述衬底材料包括硅(si)、蓝宝石(al2o3)、碳化硅(sic)、砷化镓（gaas）、氮化铝（aln）、磷化镓（gap）、氧化锌（zno）以及氮化镓(gan)。

本发明的特点在于：在准备层、第一限制量子阱层、发光多量子阱层和第二限制量子阱层区域引入倒六角锥结构，这样就可大幅提升p型载流子（空穴）的注入效率，从而提升发光二极管的内量子效率；同时利用第一限制量子阱层和第二限制量子阱层的量子阱禁带宽度均比发光多量子阱层的量子阱禁带宽带更宽的特点，将更多的载流子限制在发光多量子阱中，提升电子和空穴的匹配度，从而进一步提升发光二极管的内量子效率。

附图说明

图1为本发明氮化物发光二极管结构的剖面图；

图2为本发明氮化物发光二极管结构生长至第二限制量子阱层结束时的立体结构；

图3为本发明氮化物发光二极管结构生长至第二限制量子阱层结束时的俯视图；

图4为本发明氮化物发光二极管结构生长至第二限制量子阱层结束时的剖面图；

其中：100─衬底，200─缓冲层，300─n型层，400─准备层，500─第一限制量子阱层，501─第一限制量子阱层的alxinyga(1-x-y)n量子阱，502─第一限制量子阱层的aluinvga(1-u-v)n势垒，600─发光多量子阱层，601─发光多量子阱层的alxinyga(1-x-y)n量子阱，602─发光多量子阱层的aluinvga(1-u-v)n势垒，700─第二限制量子阱层，701─第二限制量子阱层的alxinyga(1-x-y)n量子阱，702─第二限制量子阱层的aluinvga(1-u-v)n势垒，800─p型层，900─倒六角锥结构。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

衬底100采用硅（si）衬底，缓冲层200为aln,n型层300为掺si浓度2×10¹⁸─5×10¹⁸cm^-3gan，准备层400为厚度为80nm─100nm的in0.05ga0.95n单层结构；第一限制量子阱层500为3个周期的alxinyga(1-x-y)n/aluinvga(1-u-v)周期结构；发光多量子阱层600为4个周期的alxinyga(1-x-y)n/aluinvga(1-u-v)周期结构；第二限制量子阱层700为1个周期的alxinyga(1-x-y)n/aluinvga(1-u-v)周期结构；其中第一限制量子阱层500的量子阱禁带宽度比发光多量子阱层的量子阱禁带宽度宽0.15ev，第二限制量子阱层700的量子阱禁带宽度比发光多量子阱层600的量子阱禁带宽度宽0.05ev；p型层800为掺mg浓度1×10²⁰cm^-3的gan；倒六角锥结构900的密度为5×10⁸cm^-2─1×10⁹cm^-2，至第二限制量子阱层700的顶部时倒六角锥结构900与生长平面相交成正六边形，正六边形边长为100-150nm。

实施例2：

衬底100采用蓝宝石（al2o3）衬底，缓冲层200为低温gan,n型层300为掺si浓度5×10¹⁸─1×10¹⁹cm^-3gan；准备层400为in0.05ga0.95n/gan周期结构，周期数为20-30；第一限制量子阱层500为4个周期的alxinyga(1-x-y)n/aluinvga(1-u-v)周期结构；发光多量子阱层600为5个周期的alxinyga(1-x-y)n/aluinvga(1-u-v)周期结构；第二限制量子阱层700为2个周期的alxinyga(1-x-y)n/aluinvga(1-u-v)周期结构；其中第一限制量子阱层500的量子阱禁带宽度比发光多量子阱层600的量子阱禁带宽度宽0.2ev，第二限制量子阱层700的量子阱禁带宽度比发光多量子阱层600的量子阱禁带宽度宽0.05ev；p型层800为掺mg浓度5×10¹⁹cm^-3的gan；倒六角锥结构900的密度为2×10⁸cm^-2─5×10⁸cm^-2，至第二限制量子阱层700的顶部时倒六角锥结构900与生长平面相交成正六边形，正六边形边长为150-200nm。