一种氮化物发光二极管结构的制作方法

本实用新型涉及半导体材料，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的有源层一般为InGaN/GaN多量子阱垒结构，InGaN为量子阱，GaN为量子垒。GaN量子垒的作用一是为了将载流子限制在发光量子阱中，提升LED发光效率，二是在InGaN量子阱生长后，通过生长GaN量子垒修复材料质量，为生长下一个InGaN量子阱创造具有良好晶体质量和表面状态的生长条件，GaN量子垒越厚，则修复能力越强。然而，由于InGaN量子阱中较强极化电场的存在，使InGaN量子阱受到“量子限制斯塔克效应”的影响，导致InGaN量子阱能带倾斜，空穴和电子波函数空间分离，从而降低LED的内量子效率，GaN量子垒越厚，则量子限制斯塔克效应越严重，LED的内量子效率越低。通常情况下，氮化物LED中电子浓度显著高于空穴浓度，电子迁移率显著高于空穴迁移率，导致了在工作电流密度下，LED发光主要集中在靠近P型层的几个量子阱中，而靠近N型层的几个量子阱参与发光的比例很低。从以上分析可见，GaN量子垒的厚度设计存在矛盾关系，从修复材料质量的角度讲，需要GaN量子垒厚度大，而从减缓量子限制斯塔克效应的角度讲，又需要GaN量子垒厚度小。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种具有不同量子垒厚度的氮化物发光二极管结构。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了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、第一多量子阱层、第二多量子阱层、P型电子阻挡层和P型层，所述第一多量子阱层包括第一多量子阱层的量子阱和第一多量子阱层的量子垒；所述第二多量子阱层包括第二多量子阱层的量子阱和第二多量子阱层的量子垒；所述第一多量子阱层的量子垒的厚度大于第二多量子阱层的量子垒的厚度。

更进一步，所述第一多量子阱层是由InxGa(1-x)N量子阱和GaN量子垒组成的周期结构，其周期数为m，其中0≤x≤1，3≤m≤10，所述第一多量子阱层的GaN量子垒的厚度为h1， 7nm≤h1≤20nm。

更进一步，所述第二多量子阱层是由InxGa(1-x)N量子阱和GaN量子垒组成的周期结构，其周期数为k，其中0≤x≤1，3≤k≤6，所述第二多量子阱层的GaN量子垒的厚度为h2， 3nm≤h2≤12nm。

更进一步，所述P型电子阻挡层为掺Mg的AlzGa(1-z)N，其中0.1≤z≤0.3，掺Mg浓度为1×10¹⁸～5×10²⁰cm^-3。

更进一步，所述衬底材料为硅、蓝宝石、碳化硅、砷化镓、氮化铝、磷化镓、氧化锌以及氮化镓的一种。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果是：由于先生长的第一多量子阱层具有比后生长的第二多量子阱层更厚的GaN量子垒层，所以通过更厚的第一多量子阱层的GaN量子垒可以很好的修复生长InGaN量子阱带来的晶体质量下降，从而为第二多量子阱层生长提供良好的生长条件；同时LED的发光主要集中在第二多量子阱层，这样较薄的GaN量子垒可减缓发光阱的“量子限制斯塔克效应”，从而提升空穴在发光阱之间的隧穿几率，以及提升LED的内量子效率。

附图说明

图1为本实用新型一种氮化物发光二极管结构的剖面图。

图2为本实用新型一种氮化物发光二极管结构另一种实施例的剖面图。

图示说明：100-衬底，200-缓冲层，300-N型层，400-准备层，500-第一多量子阱层，501- 第一多量子阱层的InxGa(1-x)N量子阱，502-第一多量子阱层的GaN量子垒，600-第二多量子阱层，601-第二多量子阱层的InxGa(1-x)N量子阱，602-第二多量子阱层的GaN量子垒， 700-P型电子阻挡层，800-P型层。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步地说明。

如图1和2所示为一种氮化物发光二极管的结构示意图，该发光二极管包括衬底100，在衬底100上设有缓冲层200，在缓冲层200上依次设有N型层300、准备层400、第一多量子阱层500、第二多量子阱层600、P型电子阻挡层700和P型层800。

上述第一多量子阱层500包括：第一多量子阱层的InxGa(1-x)N量子阱501、第一多量子阱层的GaN量子垒502。具体来说，上述第一多量子阱层是由InxGa(1-x)N量子阱和GaN量子垒组成的周期结构，其周期数为m，其中0≤x≤1，3≤m≤10，还有上述第一多量子阱层的GaN量子垒502的厚度为h1，7nm≤h1≤20nm。

上述第二多量子阱层600包括：第二多量子阱层的InxGa(1-x)N量子阱601、第二多量子阱层的GaN量子垒602。具体来说，上述第二多量子阱层是由InxGa(1-x)N量子阱和GaN量子垒组成的周期结构，其周期数为k，其中0≤x≤1，3≤k≤6，还有上述第二多量子阱层的 GaN量子垒602的厚度为h2，3nm≤h2≤12nm。

上述准备层400为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≤300nm， InyGa(1-y)N/InzGa(1-z)N周期结构的周期数为j，10≤j≤100。

上述P型电子阻挡层700为掺Mg的AlzGa(1-z)N，其中0.1≤z≤0.3，掺Mg浓度为1× 10¹⁸～5×10²⁰cm^-3。

上述衬底材料为硅(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)的一种。

实施例1：

如图1所示，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；第一多量子阱层500为4个周期的InxGa(1-x)N/GaN周期结构，其中GaN量子垒的厚度为15nm；第二多量子阱层600为4个周期的InxGa(1-x)N/GaN周期结构，其中GaN量子垒的厚度为10nm； P型电子阻挡层700为掺Mg浓度(1～5)×10¹⁹cm^-3的Al0.2Ga0.8N；P型层800为掺Mg浓度 1×10²⁰cm^-3的GaN。

实施例2：

如图2所示，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；第一多量子阱层500为3个周期的InxGa(1-x)N/GaN周期结构，其中GaN量子垒的厚为10nm；第二多量子阱层600为5个周期的InxGa(1-x)N/GaN周期结构，其中GaN量子垒的厚度为7nm；P型电子阻挡层700为掺Mg浓度(5～10)×10¹⁹cm^-3的Al0.15Ga0.85N；P型层 800为掺Mg浓度5×10¹⁹cm^-3的GaN。

以上所述仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。