一种屏蔽量子阱区极化场效应的发光二极管外延结构的制作方法
【专利摘要】本发明一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，涉及至少有一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件，该结构由下到上依次排列包括：衬底、缓冲层、非掺杂半导体材料层、掺杂N型半导体材料层、多量子阱层、P型电子阻挡层和P型半导体材料，其中在多量子阱层中通过量子垒中组份渐变的结构来实现量子垒中产生极化体电荷，从而会起到屏蔽量子阱区极化场的作用，克服了屏蔽量子阱区极化场效应的现有技术存在屏蔽量子阱区极化场的工艺复杂、效果不明显和影响空穴传输的缺陷。
【专利说明】
一种屏蔽量子阱区极化场效应的发光二极管外延结构
技术领域
[0001]本发明的技术方案涉及至少有一个电位跃变势皇或表面势皇的专门适用于光发射的半导体器件，具体地说是一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构。
【背景技术】
[0002]由于发光二极管具有节能环保、使用寿命长等优点，因而备受广泛关注，同时基于发光二极管技术的大功率白光二极管具备高亮度、高显色系数和色温稳定的特点，将逐渐取代白炽灯和荧光灯等传统的照明光源。
[0003]虽然发光二极管技术已经取得了长足的发展，但是目前发光二极管的内量子效率依然受到其量子阱区的极化场效应的影响。量子阱区的极化场效应导致了阱区中导带和价带的翘曲，造成了电子波函数和空穴波函数在空间上的分离(人们把该效应称之为量子限制斯塔克效应，即quantum confined Stark effect，简称为QCSE)，从而减小了电子和空穴之间的发光复合几率，影响了发光二极管的内量子效率。QCSE效应在II1-V族氮化物半导体发光二极管量子阱区中尤为明显，极化场的强度可以通过晶格失配的异质结界面处极化电荷的密度来衡量。
[0004]现有技术中，屏蔽量子阱区极化场效应的常用方式是利用Si掺杂量子皇，利用Si施主杂质提供的自由电子屏蔽晶格失配的量子阱/量子皇界面处的极化电荷。该种方式需要对量子皇中Si的掺杂浓度进行准确控制，如果Si的掺杂浓度较低，则极化场效应无法得到有效减弱，如果Si的掺杂浓度大于118CnT3数量级，则极化场效应可以得到有效地降低，但是高掺杂Si的量子皇又严重制约了空穴的输运效率。
[0005]现有技术中，另外一种屏蔽量子阱区极化场效应的方式是生长极化匹配的量子皇和量子阱结构，即使量子皇和量子阱拥有较为接近的晶格常数，同时保证量子皇的禁带宽度依然高于量子阱，如蓝光发光二极管中提出的InGaN/InAIN型量子阱/量子皇结构。然而，由于InN和AlN生长温度的差异较大，所以InAlN型量子皇在外延生长过程中形成困难和成本较高，可操作性以及可重复性不强。
[0006]现有技术中，第三种屏蔽量子阱区极化场的方式是外延生长半极性面或者非极性面量子阱结构，该种结构的量子阱在根除/减弱极化场效应方面具有显著效果，但是其衬底的制备成本较高，一般需要r-面蓝宝石衬底，GaN或者AlN自支撑衬底，较高的衬底制备成本阻碍了该项技术的大规模普及和应用，目前，II1-V族氮化物半导体发光二极管领域依然是由C-面的发光二极管处于绝对的主导地位。
[0007]总之，屏蔽量子阱区极化场效应的现有技术，还存在屏蔽量子阱区极化场的工艺复杂、效果不明显和影响空穴传输的缺陷。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是:提供一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，该结构在多量子阱层中通过量子皇中组份渐变的结构来实现量子皇中产生极化体电荷，从而会起到屏蔽量子阱区极化场的作用，克服了屏蔽量子阱区极化场效应的现有技术存在屏蔽量子阱区极化场的工艺复杂、效果不明显和影响空穴传输的缺陷。
[0009]本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，该结构由下到上依次排列包括:衬底、缓冲层、非掺杂半导体材料层、掺杂N型半导体材料层、多量子阱层、P型电子阻挡层和P型半导体材料;所述多量子阱层的材质为AlxlInylGa1-xl—Y1NZAlx2Iny2Ga1-x2—y2N，式中，x2在0<x2< I范围内沿着
[0001]或[000-1]的生长方向呈现线性变化、非线性变化或线性变化与非线性变化二者结合的变化，y2在OSy2< I范围内沿着
[0001]或[000-1]的生长方向呈现线性变化、非线性变化或线性变化与非线性变化二者结合的变化，O < l-xl-yl,0 < xl < 1,0 <yl < 1,0 < I_x2-y2，量子阱AlxiInyiGai—xi—yiN的厚度为I?20nm，量子皇AlX2lny2Gai—X2-y2N的厚度为5?50nm，量子皇Alx2Iny2Ga1-x2—y2N的最小禁带宽度大于量子阱AlxlInylGa1-xl—ylN的禁带宽度。
[0010]上述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，所述衬底为蓝宝石、S1、SiC、AlN、石英玻璃或GaN。
[0011]上述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，所述缓冲层的材质为AlxiInyiGa1-x1-yiN，式中，O 仝 xl < l,0<yl < I，0 < 1-xl-yl，厚度为 10 ?50nm。
[0012]上述一种屏蔽量子讲中极化场效应的发光二极管外延结构，所述非掺杂半导体材料层的材质为 AlxiInyiGai—xi—yiN，式中,0<xl<l,0<yl<l,0< 1-xl-yl，厚度为 I ?4μηι。
[0013]上述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，所述掺杂N型半导体材料层的材质为 AlxlInylGa1-X1I1N,式中，O <xl < l,0<yl < I，0 < 1-xl-yl，厚度为 2 ?8μπι，其中掺杂的杂质为Si。
[0014]上述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，所述P型电子阻挡层的材质为 AlxiInylGa1-xl—ylN，式中，0<xl < l,0<yl < I，0 < 1-xl-yl，厚度为 10 ?10nm0
[0015]上述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，所述P型半导体材料的材质为 AlxiInyiGai—xi—yiN，式中，O < xl < l,0<yl < I，0 < 1-xl-yl，厚度为 100 ?500nmo
[0016]上述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，其制备方法采用外延生长方法，步骤如下:
[0017]第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将衬底于1200°C行烘烤，去除衬底表面异物；
[0018]第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底表面外延生长材质为GaN、AlN或AlGaN的厚度为10?50nm的缓冲层；
[0019]第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步制得的缓冲层上外延生长材质为Alxi InyiGai—xi—yiN的厚度为I?4μηι的非掺杂半导体材料层；
[0020]第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步制得的非掺杂半导体材料层上外延生长材质为AlxlInylGa1-xl—ylN的厚度为2?8μπι的掺杂杂质Si的N型半导体材料层104;
[0021]第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步制得的掺杂杂质Si的N型半导体材料层104上外延生长多量子讲层，其材质为AlxiInyiGai—xi—yiN/Alx2lny2Gai—x2-y2N，式中，x2在O < x2 < I范围内沿着
[0001]或[000-1]的生长方向呈现线性变化、非线性变化或线性变化与非线性变化二者结合的变化，y2在O < y2 < I范围内沿着[0001 ]或[000-1 ]的生长方向呈现线性变化、非线性变化或线性变化与非线性变化二者结合的变化，O < 1-xl-yl，0< xl <l,0<yl<l,0< I_x2-y2，量子阱AlxlInylGa1-X1I1N的厚度为I?20nm，量子皇Alx2Iny2Ga1-X2I2N的厚度为5?50nm，量子皇Alx2Iny2Ga1-X2I2N的最小禁带宽度大于量子阱AlxlInylGai—xl—ylN的禁带宽度；
[0022]上述量子皇Alx2Iny2Ga1-x2—y2N中的x2和y2沿着
[0001]或[000-1]的生长方向呈现线性变化、非线性变化或线性变化与非线性变化二者结合的变化是通过控制设备中的Al的流量、In的流量和Ga的流量来实现的，这些是公知的技术(参考文献为:科学出版社的《金属有机化合物气相外延基础及应用》及《氮化物宽禁带半导体材料与电子器件》)；
[0023]第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步制得的多量子阱层上外延生长材质为AlxiInyiGai—xi—yiN的厚度为10?10nm的P型电子阻挡层；
[0024]第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步制得的P型电子阻挡层上外延生长材质为AlxiInyiGai—xi—yiN的厚度为100?500nm的P型半导体材料；
[0025]至此制得一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构。
[0026]上述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，所涉及的原材料均通过公知途径获得，制备工艺是本技术领域的技术人员所能掌握的或公知的。
[0027]本发明的有益效果是:与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的进步:
[0028](I)本发明提出了极化自屏蔽型量子阱结构，即量子阱/量子皇界面处的极化电荷被通过量子皇体内的极化体电荷进行屏蔽，进一步说是，在多量子阱层中通过量子皇中组份渐变的结构来实现量子皇中产生极化体电荷，从而会起到屏蔽量子阱区极化场的作用，屏蔽了量子阱/量子皇界面处的极化面电荷，又通过适当的调控量子皇材料组分变化区间，调节极化体电荷密度，其极化体电荷密度最高可达102()Cm—3，从而克服了屏蔽量子阱区极化场效应的现有技术存在屏蔽量子阱区极化场的工艺复杂、效果不明显和影响空穴传输的缺陷。
[0029](2)本发明相比现有技术的基于单一组分量子皇机构的发光二极管，可以将量子阱区中的极化电场效应屏蔽20%以上，同时组分渐变可以有效地调整量子皇价带势皇高度，通过合理优化，可以将空穴的输运效率提高50%以上;综合其极化屏蔽和空穴输运效率提升，把发光二极管器件的内量子效率提高30%以上，同时获得小于20%的效率衰减效应。
[0030](3)本发明一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构相比于非极性面和半极性面的外延结构，具有优越的空穴传输效率，制备工艺程序简单，外延生长技术难度较小，且成本较低，还具有较强的可操作性和可重复性。
【附图说明】
[0031]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0032]图1为本发明一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构组成示意图。
[0033]图2(a)为本发明中，晶格场数沿着
[0001]生长方向线性减小的量子皇中产生极化正电荷的能带示意图。
[0034]图2(b)为本发明中，晶格场数沿着
[0001]生长方向线性增加的量子皇中产生极化负电荷的能带示意图。
[0035]图2(c)为本发明中，晶格场数沿着
[0001]生长方向先线性增加后线性减少的量子皇中产生极化正电荷和负电荷的能带示意图。
[0036]图3(a)为本发明中，晶格场数沿着[000-1]生长方向线性减小的量子皇中产生极化负电荷的能带示意图。
[0037]图3(b)为本发明中，晶格场数沿着[000-1]生长方向线性增加的量子皇中产生极化正电荷的能带示意图。
[0038]图3(c)为本发明中，晶格场数沿着[000-1]生长方向先线性增加后线性减少的量子皇中产生极化负电荷和正电荷的能带示意图。
[0039 ]图中，11.衬底、1 2.缓冲层，1 3.非掺杂半导体材料层，104.掺杂N型半导体材料层，105.多量子阱层，106.P型电子阻挡层，107.P型半导体材料。
【具体实施方式】
[0040]图1所不实施例表明，本发明一种屏蔽量子讲中极化场效应的发光二极管外延结构由下到上，即外延生长方向，依次排列包括:衬底101、缓冲层102、非掺杂半导体材料层
103、掺杂N型半导体材料层104、多量子阱层105、P型电子阻挡层106和P型半导体材料107。
[0041]图2(a)所示实施例表明，本发明中，晶格场数沿着
[0001]生长方向线性减小的量子皇中产生极化正电荷的能带图；其中黑色实线代表的是量子阱中的导带;其中粗黑十字为由于量子皇渐变而引起的正的极化体电荷;量子阱与量子皇界面的虚线下的+和-号代表量子阱和量子皇界面产生正极化面电荷和负极化面电荷;其中箭头所指的方向为外延生长方向，其为
[0001]生长方向。
[0042]图2(b)所示实施例表明，本发明中，晶格场数沿着
[0001]生长方向线性增加的量子皇中产生极化负电荷的能带图；其中黑色实线代表的是量子阱中的导带;其中粗黑-号为由于量子皇渐变而引起的负的极化体电荷;量子阱与量子皇界面的虚线下的+和-号代表量子阱和量子皇界面产生正极化面电荷和负极化面电荷;其中箭头所指的方向为外延生长方向，其为
[0001]生长方向。
[0043]图2(c)所示实施例表明，本发明中，晶格场数沿着
[0001]生长方向先线性增加后线性减少的量子皇中产生极化正电荷和负电荷的能带图；其中黑色实线代表的是量子阱中的导带；其中粗黑+和-号为由于量子皇渐变而引起的正的极化体电荷和负的极化体电荷;量子阱与量子皇界面的虚线下的+和-号代表量子阱和量子皇界面产生正极化面电荷和负极化面电荷;其中箭头所指的方向为外延生长方向，其为
[0001]生长方向。
[0044]图3(a)所示实施例表明，本发明中，晶格场数沿着[000-1]生长方向线性减小的量子皇中产生极化负电荷的能带图；其中黑色实线代表的是量子阱中的导带;其中粗黑-号为由于量子皇渐变而引起的负的极化体电荷;量子阱与量子皇界面的虚线下的+和-号代表量子阱和量子皇界面产生正极化面电荷和负极化面电荷;其中箭头所指的方向为外延生长方向，其为[000-1]生长方向。
[0045]图3(b)所示实施例表明，本发明中，晶格场数沿着[000-1]生长方向线性增加的量子皇中产生极化正电荷的能带图；其中黑色实线代表的是量子阱中的导带;其中粗黑+号为由于量子皇渐变而引起的正的极化体电荷;量子阱与量子皇界面的虚线下的+和-号代表量子阱和量子皇界面产生正极化面电荷和负极化面电荷;其中箭头所指的方向为外延生长方向，其为[000-1]生长方向。
[0046]图3(c)所示实施例表明，本发明中，晶格场数沿着[000-1]生长方向先线性增加后线性减少的量子皇中产生极化负电荷和正电荷的能带图；其中黑色实线代表的是量子阱中的导带;其中粗黑+和-号为由于量子皇渐变而引起的正的极化体电荷和负的极化体电荷；量子阱与量子皇界面的虚线下的+和-号代表量子阱和量子皇界面产生正极化面电荷和负极化面电荷;其中箭头所指的方向为外延生长方向，其为[000-1]生长方向。
[0047]实施例1
[0048]本实施例的一种屏蔽量子讲中极化场效应的发光二极管外延结构由下到上依次排列包括:衬底101、缓冲层102、非掺杂半导体材料层103、掺杂N型半导体材料层104、多量子阱层105、P型电子阻挡层106和P型半导体材料107;所述多量子阱层105的材质为Al0.9Ga0.1N/Alx2Ga1-x2N，式中，x2在0.9 < x2 ^ I范围内沿着
[0001]的生长方向呈现线性变化，量子讲Al0.gGa0.ιΝ的厚度为Inm,量子皇AlX2lny2Gai—X2-y2N的厚度为5nm，量子皇AlX2Gai—X2N的最小禁带宽度大于量子阱Al0.sGauN的禁带宽度。
[0049]上述中，衬底101为蓝宝石;缓冲层102的材质为A1N，厚度为1nm;非掺杂半导体材料层103的材质为A1N，厚度为Ιμπι;掺杂N型半导体材料层104的材质为A1N，厚度为2μπι，其中掺杂的杂质为Si ; P型电子阻挡层106的材质为AlN，厚度为1nm; P型半导体材料107的材质为Α1Ν，厚度为lOOnm。
[0050]上述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，其制备方法采用外延沿着
[0001]方向生长的方法，步骤如下:
[0051 ]第一步，在MOCVD (即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将蓝宝石衬底101于1200 V行烘烤，去除衬底表面异物；
[0052]第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的蓝宝石衬底101表面外延生长材质为AlN的厚度为1nm的缓冲层102;
[0053]第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步制得的缓冲层102上外延生长材质为AlN的厚度为Iym的非掺杂半导体材料层103;
[0054]第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步制得的非掺杂半导体材料层103上外延生长材质为Al的厚度为2μηι的掺杂杂质Si的N型半导体材料层104;
[0055]第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步制得的掺杂杂质Si的N型半导体材料层104上外延生长多量子阱层105，其材质为AltL9GatL1NAlx2Ga1-χ2Ν，式中，χ2在0.9<χ2< I范围内沿着[0001 ]的生长方向呈现线性变化，量子阱Al0.gGa0.ιΝ厚度为Inm，量子皇Alx2Iny2Ga1-x2—y2N的厚度为5nm，量子皇Alx2GamN的最小禁带宽度大于量子阱Al0.9Ga0.1N的禁带宽度;所述Alx2GamN中的x2沿着
[0001]的生长方向呈现线性变化是通过控制设备中的Al的流量、In的流量和Ga的流量来实现的，这是公知的技术(参考文献为:科学出版社的《金属有机化合物气相外延基础及应用》及《氮化物宽禁带半导体材料与电子器件》)；
[0056]第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步制得的多量子阱层105上外延生长材质为AlN的厚度为1nm的P型电子阻挡层106;
[0057]第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步制得的P型电子阻挡层106上外延生长材质为AlN的厚度为10nm的P型半导体材料107;
[0058]至此制得本实施例的一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构。
[0059]实施例2
[0060]本实施例的一种屏蔽量子讲中极化场效应的发光二极管外延结构，该结构由下到上依次排列包括:衬底101、缓冲层102、非掺杂半导体材料层103、掺杂N型半导体材料层104、多量子阱层105、P型电子阻挡层106和P型半导体材料107;所述多量子阱层105的材质为 In0.2Ga0.SN/AlX2Ga1-X2N，量子讲 In0.2Ga0.sN 的厚度为 5nm，量子皇 AlX2Gai—X2N 的厚度为 25nm，且式中，x2在O <x2< I范围内沿着[000-1]的生长方向呈现非线性变化，量子皇Alx2GamN的最小禁带宽度大于量子阱In0.2Ga0.8N的禁带宽度。
[0061 ]上述中，衬底101为Si;缓冲层102的材质为GaN，厚度为30nm;非掺杂半导体材料层103的材质为GaN，厚度为2.5μπι;掺杂N型半导体材料层104的材质为GaN，厚度为5μπι，其中掺杂的杂质为Si ;Ρ型电子阻挡层106的材质为AlQ.2GaQ.8Ν，厚度为50nm;P型半导体材料107的材质为GaN，厚度为300nm。
[0062]上述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，其制备方法采用沿着[000-1 ]方向的外延生长方法，步骤如下:
[0063]第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将Si衬底101于1200 °C行烘烤，去除衬底表面异物；
[0064]第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的Si衬底101表面外延生长材质为GaN的厚度为30nm的缓冲层102;
[0065]第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步制得的缓冲层102上外延生长材质为GaN的厚度为2.5μηι的非掺杂半导体材料层103 ；
[0066]第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步制得的非掺杂半导体材料层103上外延生长材质为GaN的厚度为5μηι的掺杂杂质Si的N型半导体材料层104;
[0067]第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步制得的掺杂杂质Si的N型半导体材料层104上外延生长多量子讲层105，材质为In0.2Ga0.SN/AlX2Ga1-X2N，量子讲In0.2Ga0.sN的厚度为5nm，量子皇Al^Ga1-X2N的厚度为25nm，且式中，x2在O < x2 < I范围内沿着[000-1]的生长方向呈现非线性变化，量子皇Als2Ga1-X2N的最小禁带宽度大于量子阱In0.2Ga0.sN的禁带宽度;所述Alx2Gan2N中的x2沿着[000-1]的生长方向呈现非线性变化是通过控制设备中的Al的流量、In的流量和Ga的流量来实现的，这是公知的技术(参考文献为:科学出版社的《金属有机化合物气相外延基础及应用》及《氮化物宽禁带半导体材料与电子器件》)；
[0068]第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步制得的多量子阱层105上外延生长材质为Al0.2GaQ.8N的厚度为50nm的P型电子阻挡层106;
[0069]第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步制得的P型电子阻挡层106上外延生长材质为GaN的厚度为300nm的P型半导体材料107;
[0070]至此制得本实施例的一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构。
[0071]实施例3
[0072]本实施例的一种屏蔽量子讲中极化场效应的发光二极管外延结构，该结构由下到上依次排列包括:衬底101、缓冲层102、非掺杂半导体材料层103、掺杂N型半导体材料层
104、多量子阱层105、P型电子阻挡层106和P型半导体材料107;所述多量子阱层105的材质为InN/Iny2Ga1-y2N，式中，y2在0^y2^1范围内沿着[0001 ]的生长方向呈现线性变化与非线性变化二者结合的变化，量子阱InN的厚度为20nm，量子皇Iny2Gai—y2N的厚度为50nm，量子皇Iny2Ga1-Y2N的最小禁带宽度大于量子阱InN的禁带宽度。
[0073]上述中，衬底101为SiC;缓冲层102的材质为InN，厚度为50nm;非掺杂半导体材料层103的材质为In0.gGa0.1N，厚度为4μηι;掺杂N型半导体材料层104的材质为In0.gGa0.1N，厚度为8μηι，其中掺杂的杂质为Si ; P型电子阻挡层106的材质为GaN，厚度为10nm; P型半导体材料107的材质为Intx9Ga0.!N，厚度为500nm。
[0074]上述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，其制备方法采用沿着
[0001]方向外延的生长方法，步骤如下:
[0075]第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将SiC衬底101于1200 °C行烘烤，去除衬底表面异物；
[0076]第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底101表面外延生长材质为InN的厚度为50nm的缓冲层102，；
[0077]第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步制得的缓冲层102上外延生长材质为In0.9Ga0.1N的厚度为4μηι的非掺杂半导体材料层103;
[0078]第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步制得的非掺杂半导体材料层103上外延生长材质为In0.9Ga0.1N的厚度为8μηι的掺杂杂质Si的N型半导体材料层104;
[0079]第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步制得的掺杂杂质Si的N型半导体材料层104上外延生长多量子阱层105，其材质为InN/Iny2Ga1-y2N，式中，y2在O < y2 < I范围内沿着
[0001]的生长方向呈现线性变化与非线性变化二者结合的变化，量子阱InN厚度为20nm，量子皇Iny2Gai—y2N的厚度为50nm，量子皇Alx2Iny2Gai—x2—y2N的最小禁带宽度大于量子阱Iny2Gai—y2N的禁带宽度;所述Iny2Gai—y2N中的y2沿着
[0001]的生长方向呈现线性变化与非线性变化二者结合的变化是通过控制设备中的Al的流量、In的流量和Ga的流量来实现的，这是公知的技术(参考文献为:科学出版社的《金属有机化合物气相外延基础及应用》及《氮化物宽禁带半导体材料与电子器件》)；
[0080]第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步制得的多量子阱层105上外延生长材质为GaN的厚度为10nm的P型电子阻挡层106;
[0081]第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步制得的P型电子阻挡层106上外延生长材质为In0.gGa0.1f^]厚度为500nm的P型半导体材料107;
[0082]至此制得本实施例的一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构。
[0083]实施例4
[0084]本实施例的一种屏蔽量子讲中极化场效应的发光二极管外延结构由下到上依次排列包括:衬底101、缓冲层102、非掺杂半导体材料层103、掺杂N型半导体材料层104、多量子阱层105、P型电子阻挡层106和P型半导体材料107;所述多量子阱层105的材质为GaN/Alx2Gai—x2N，式中，x2在O < x2 ^ I范围内沿着
[0001]生长方向呈现线性变化，量子阱AlN的厚度为Inm和量子皇Alx2GamN的厚度为5nm，量子皇Alx2GamN的最小禁带宽度大于量子阱GaN的禁带宽度。
[0085]上述中，衬底101为AlN;缓冲层102的材质为Al0.2Ga0.8N，厚度为1nm;非掺杂半导体材料层103的材质为Al ο.2Ga0.sN，厚度为Ιμπι;掺杂N型半导体材料层104的材质为Al0.2GaQ.8N，厚度为2μπι，其中掺杂的杂质为Si;P型电子阻挡层106的材质为AlQ.2GaQ.8N，厚度为10nm;P型半导体材料107的材质为A1N，厚度为lOOnm。
[0086]上述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，其制备方法采用外延沿着
[0001]方向生长的方法，步骤如下:
[0087]第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将AlN衬底101于1200 °C行烘烤，去除衬底表面异物；
[0088]第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的AlN衬底101表面外延生长材质为AlN的厚度为1nm的缓冲层102;
[0089]第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步制得的缓冲层102上外延生长材质为Al0.2Ga0.8N的厚度为Ιμπι的非掺杂半导体材料层103;
[0090]第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步制得的非掺杂半导体材料层103上外延生长材质为Al0.2Ga0.8N的厚度为2μηι的掺杂杂质Si的N型半导体材料层104;
[0091]第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步制得的掺杂杂质Si的N型半导体材料层104上外延生长多量子阱层105，其材质为GaN/Alx2Ga1-x2N，式中，χ2在O < χ2 < I范围内沿着
[0001]生长方向呈现线性变化，量子阱AlN的厚度为Inm和量子皇Alx2GauN的厚度为5nm，量子皇Alx2Gapx2N的最小禁带宽度大于量子阱GaN的禁带宽度;所述Alx2GamN中的x2沿着[0001 ]的生长方向呈现线性变化是通过控制设备中的Al的流量、In的流量和Ga的流量来实现的，这是公知的技术(参考文献为:科学出版社的《金属有机化合物气相外延基础及应用》及《氮化物宽禁带半导体材料与电子器件》)；
[0092]第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步制得的多量子阱层105上外延生长材质为AlN的厚度为1nm的P型电子阻挡层106;
[0093]第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步制得的P型电子阻挡层106上外延生长材质为AlN的厚度为10nm的P型半导体材料107;
[0094]至此制得本实施例的一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构。
[0095]实施例5
[0096]除所述衬底101为石英玻璃之外，其他同实施例2。
[0097]至此制得本实施例的一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构。
[0098]实施例6
[0099]除所述衬底101为GaN之外，其他同实施例3。
[0100]至此制得本实施例的一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构。
[0101]上述实施例中所涉及的原材料均通过公知途径获得，制备工艺是本技术领域的技术人员所能掌握的或公知的。
【主权项】
1.一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，其特征在于:该结构由下到上依次排列包括:衬底、缓冲层、非掺杂半导体材料层、掺杂N型半导体材料层、多量子阱层、P型电子阻挡层和P型半导体材料；所述多量子阱层的材质为AlxlInylGa1IwiN/Alx2Iny2Ga1-x2—y2N，式中，x2在O < x2 ^ I范围内沿着[0001]或[000-1]的生长方向呈现线性变化、非线性变化或线性变化与非线性变化二者结合的变化，y2在OS y2< I范围内沿着[0001]或[000-1]的生长方向呈现线性变化、非线性变化或线性变化与非线性变化二者结合的变化，OS l-xl-yl，0<xl < l,0<yl < I，0 < I_x2-y2，量子阱 AlxlInylGa1-xl—ylN 的厚度为I?20nm，量子皇AluInpGau—wN的厚度为5?50nm，量子皇Alx2Iny2Ga1-X2I2N的最小禁带宽度大于量子阱AlxlInylGa1-xl—ylN的禁带宽度。2.根据权利要求1所述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，其特征在于:所述衬底为蓝宝石、S1、SiC、AlN、石英玻璃或GaN。3.根据权利要求1所述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，其特征在于:所述缓冲层的材质为AlxiInyiGai—xi—yiN，式中，0<xl<l，0<yl<l，0< l_xl_yl，厚度为10?50nm。4.根据权利要求1所述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，其特征在于:所述非掺杂半导体材料层的材质为AlxiInyiGa1-x1-yiN，式中，0 ^ xl ^ I，0 ^ yl ^ I，0 <Ι-xl-yl，厚度为I?4μηι。5.根据权利要求1所述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，其特征在于:所述掺杂N型半导体材料层的材质为AlxiInyiGa1-x1-yiN，式中，0 ^ xl ^ I，0 ^ yl ^ I，0 <Ι-xl-yl，厚度为2?8μηι，其中掺杂的杂质为Si。6.根据权利要求1所述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，其特征在于:所述P型电子阻挡层的材质为AlxiInyiGai—xi—yiN，式中，0<xl<l，0<yl<l，0< l_xl_yl，厚度为10?10nm07.根据权利要求1所述一种屏蔽量子阱中极化场效应的发光二极管外延结构，其特征在于:所述P型半导体材料的材质为AlxiInyiGai—xi—yiN，式中，0<xl<l，0<yl<l，0< l_xl_yl，厚度为100?500nmo
【文档编号】H01L21/205GK105870274SQ201610260332
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】张紫辉, 张勇辉, 毕文刚, 徐庶, 耿翀
【申请人】河北工业大学