铟氮化镓多量子阱发光二极管的制作方法

本发明涉及半导体发光二极管技术领域，具体来说涉及一种铟氮化镓（ingan）多量子阱发光二极管。

背景技术：

90年代以来，随着氮化镓（gan）基半导体材料生长工艺的一系列重大突破，以氮化镓为代表的第三代半导体材料逐渐兴起。作为新型高效固体光源，氮化镓基半导体材具有长寿命、节能、绿色环保的特点，被泛应用于大屏幕彩色显示、汽车照明、交通信号、多媒体显示、光通讯等领域。目前市场上的氮化镓基多量子阱发光二极管中，一般采用p型掺杂的algan层作为电子阻挡层。其中，电子阻挡层中al的含量沿生长方向为一固定值，通常在0.15～2之间取值。这种技术方案存在的问题是：在gan基半导体器件中存在着自发极化和压电极化效应，在氮化镓基多量子阱发光二极管的各层界面处产生了强大的极化电荷，致使各层能带发生倾斜，特别是造成多量子阱与电子阻挡层处界面的能带向下倾斜，不仅降低了电子阻挡层对电子的有效势垒高度，无法有效限制电子，形成大量漏电流，而且还增加了电子阻挡层对空穴的有效势垒高度，进一步限制了空穴从p型gan层向多量子阱区域的注入，降低了空穴的注入效率。而这也就导致了氮化镓基半导体发光二极管的发光效率会随着注入电流的增加而逐渐下降。这种现象严重制约了gan基半导体发光二极管作为高亮度、高功率器件在照明领域的应用。因此，如何开发出一种新型铟氮化镓多量子阱发光二极管，能够减小漏电流、增加空穴注入效率，是本领域技术人员需要研究的方向。

技术实现要素：

本发明提供了一种铟氮化镓多量子阱发光二极管，能够克服传统电子阻挡层结构的劣势、减小漏电流、增加空穴注入效率,提高产品的发光效率。

其采用的具体技术方案如下：

一种铟氮化镓多量子阱发光二极管，包括：衬底，在衬底表面形成的n型掺杂的氮化镓层，在n型掺杂的氮化镓层表面形成的铟氮化镓/氮化镓多量子阱发光层，在铟氮化镓/氮化镓多量子阱发光层表面形成的电子阻挡层，在电子阻挡层表面形成的p型掺杂的氮化镓层；还包括设于p型掺杂的氮化镓层表面的第一电极和设于n型掺杂的氮化镓层表面的第二电极；所述电子阻挡层沿器件生长方向依次包括第一电子阻挡层和第二电子阻挡层；所述第一电子阻挡层为p型掺杂的inyga1-yn层，所述第二电子阻挡层为p型掺杂的alxga1-xn层；所述inyga1-yn层中in的含量y为固定值；所述alxga1-xn层中al的含量沿生长方向线性增加、由公式x=a*z/d1确定，所述a为第二电子阻挡层中al的最大含量；所述z为到第二电子阻挡层底部的距离，所述d1为第二电子阻挡层的厚度。

通过采用这种技术方案：第一电子阻挡层首先与多量子阱层接触，相对于传统技术中采用的alxga1-xn电子势垒层，由于inyga1-yn层与量子阱势垒gan的晶格常数差别更小，并且inyga1-yn层所受应变由alxga1-xn时的张应变转变为压应变，这不仅能够降低电子阻挡层与量子阱势垒界面处的极化效应，提升整个电子阻挡层的势垒高度，而且还使界面处的极化电荷由正电荷转变为负电荷，使多量子阱的最后一个gan势垒的能带向上倾斜，起到进一步限制电子的作用。另一方面，为了不降低原有电子阻挡层的势垒高度，必须要在inyga1-yn层上继续生长alxga1-xn层，为避免inyga1-yn与alxga1-xn的晶格不匹配而出现极化效应，在生长alxga1-xn层时，控制al含量沿生长方向从0开始线性增加，直至达到传统alxga1-xn层中所设的固定值为止。由于al含量是从0开始线性增加的，inyga1-yn层与alxga1-xn层界面处的晶格常数差别很小，使得电子阻挡层中的极化效应大大减小，使电子阻挡层的整个能带向上抬高，从而在增强对电子的限制作用的同时，降低对空穴的阻挡作用，有利于空穴的注入。

优选的是，上述铟氮化镓多量子阱发光二极管中，所述a取值在0.15～2之间。

更优选的是，上述铟氮化镓多量子阱发光二极管中，所述y取值在0～0.05之间。

进一步优选的是，上述铟氮化镓多量子阱发光二极管中，所述电子阻挡层的厚度为20～40nm。

与现有技术相比，本发明能够克服传统电子阻挡层结构的劣势、减小漏电流、增加空穴注入效率。提高产品的发光效率。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为对比例的结构示意图；

图3为采用对比例和实施例1的能带比对图，左半图为对比例的能带曲线，右半图为实施例1的能带曲线；

图4为采用对比例和实施例1的电子浓度分布比对图，实线为对比例的电子浓度曲线，虚线为实施例1的电子浓度曲线；

图5为对比例和实施例1的空穴浓度分布曲线比对图，实线为对比例的空穴浓度分布曲线，虚线为实施例1的空穴浓度分布曲线；

图6为对比例和实施例1的漏电流曲线比对图，实线为对比例的漏电流曲线，虚线为实施例1的漏电流曲线；

图7为对比例和实施例1的内量子效率曲线比对图，实线为对比例的内量子效率曲线，虚线为实施例1的内量子效率曲线；

图8为对比例和实施例1的发光功率曲线比对图，实线为对比例的发光功率曲线，虚线为实施例1的发光功率曲线；

图9为对比例和实施例1的电压-电流特性曲线比对图，实线为对比例的电压-电流特性曲线，虚线为实施例1的电压-电流特性曲线；

各附图标记与部件名称对应关系如下：

1、衬底；2、n型掺杂的氮化镓层；3、铟氮化镓/氮化镓多量子阱发光层；4、电子阻挡层；5、p型掺杂的氮化镓层；41、第一电子阻挡层；42、第二电子阻挡层；61、第一电极；62、第二电极。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合各个实施例作进一步描述。

如图1所示为本发明实施例1：

一种铟氮化镓多量子阱发光二极管，包括：衬底1，在衬底1表面形成的n型掺杂的氮化镓层2，在n型掺杂的氮化镓层2表面形成的铟氮化镓/氮化镓多量子阱发光层3，在铟氮化镓/氮化镓多量子阱发光层3表面形成的电子阻挡层4，在电子阻挡层4表面形成的p型掺杂的氮化镓层5；还包括设于p型掺杂的氮化镓层5表面的第一电极61和设于n型掺杂的氮化镓层2表面的第二电极62；其中，所述电子阻挡层4沿器件生长方向依次包括第一电子阻挡层41和第二电子阻挡层42；所述第一电子阻挡层41为p型掺杂的inyga1-yn层，所述第二电子阻挡层42为p型掺杂的alxga1-xn层；所述inyga1-yn层中in的含量y为固定值；所述alxga1-xn层中al的含量沿生长方向线性增加、由公式x=a*z/d1确定，所述a为第二电子阻挡层42中al的含量；所述z为到第二电子阻挡层42底部的距离，所述d1为第二电子阻挡层42的厚度。在本例中，所述电子阻挡层4的厚度为20nm，包括8nm厚的in0.05ga0.95n层和12nm厚的al含量沿生长方向从0线性增加到0.15的algan层。同时，采用如图2所示的传统的以alxga1-xn层作为电子阻挡层的铟氮化镓多量子阱发光二极管座位对比例，其电子阻挡层中al含量为0.15，厚度为20nm。

分别就对比例与实施例1的能带图、电子和空穴浓度分布、漏电流、内量子效率、发光功率以及电流-电压特性进行了模拟计算，结果如图3，4，5，6，7,8，9所示。由图3可知，采用本发明新型电子阻挡层后，最后一个量子阱gan势垒向上倾斜；并且电子阻挡层对电子的有效势垒高度从368mev增加大618mev，对空穴的有效势垒高度从405mev降低到324mev。由图4、5和6可见，在采用本发明电子阻挡层的发光二极管中，远离电子阻挡层的量子阱内的电子浓度显著升高，并且电子浓度在所有量子阱内的分布趋向均匀，漏电流大大减少，说明电子得到有效限制；与此同时，我们也可以看到，量子阱内空穴浓度也显著增加，说明空穴注入到量子阱区域的效率得到明显提高。由图7，8可知，采用本发明电子阻挡层的发光二极管的内量子效率和发光功率都显著提高，而且，在注入电流为32ma时，效率下降比率由65%提高到18%，发光功率提高约4倍，效率下降现象得到明显改善。由图9可知，发光二极管的阈值电压也由原来的3.25v降低到3.05v，说明二极管内载流子传输得到有效改善，光电转换效率的到提高。由此可见，本发明提出的电子阻挡层结构显著提高了ingan多量子阱发光二极管的发光效率和电学特性。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书的保护范围为准。