專利名稱：一種氮化鎵基led的量子阱結(jié)構(gòu)及生長方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鎵基LED的量子阱的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及一種氮化 鎵基LED的量子阱的生長方法。
背景技術(shù)：
以GaN， InGaN,AlGaN合金為主的III - V族氮化物材料具有寬直接帶隙， 強化學(xué)鍵，耐高溫等優(yōu)良的性能。由于GaN的禁帶寬度為3.4eV，其復(fù)合發(fā)光 位于紫外，因此在用GaN基制備可見光的光電子元器件時，都使用InGaN有 源層，隨有源層厚度的變化，會發(fā)出覆蓋了從藍光，綠光到紅黃光的波段范圍。 由于發(fā)光二極管(LED)作為顯示元件具有電壓低，亮度好，發(fā)光響應(yīng)快等特 性，因而被廣泛應(yīng)用于顯示屏及照明領(lǐng)域。
目前，常見的氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)為(見圖1):發(fā)光二極管100包括 在襯底101上依次沉積緩沖層102;不摻雜的氮化鎵層103; n型氮化鎵層104; 多層量子阱結(jié)構(gòu)105; p型導(dǎo)電的氮化鋁鎵層106; p型導(dǎo)電的氮化鎵層107; 接觸層108;接觸層108上的p電極109及在n型導(dǎo)電的氮化鎵層104上的n 電極110.其中多層量子阱結(jié)構(gòu)105采用相同^^式生長(包含相同的勢阱層113 與勢壘層114),即所有量子阱的勢阱層的厚度、勢壘層的厚度都相同。
藍移是目前氮化鎵基發(fā)光二極管中存在的一個主要問題，不穩(wěn)定的藍移量 會給穩(wěn)定生產(chǎn)和器件在不同應(yīng)用電流下發(fā)光亮度保持一致性帶來不可估量的 影響，所以，藍移量的穩(wěn)定是發(fā)光二極管的制造商們一直在努力尋求解決的問 題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種量子阱結(jié)構(gòu)和生長方法保持藍移量的穩(wěn)定。 本發(fā)明的技術(shù)方案為為解決上述問題，本發(fā)明所提出的量子阱的結(jié)構(gòu)和 生長方法主要是形成多量子阱結(jié)構(gòu)時，數(shù)目上形成X+Y (1^X^10, l^Y ^20)的生長方式，即先生長X個量子阱，再生長Y個(與前X個量子阱具 有不同勢阱層或勢壘層)量子阱。其余工藝按照常規(guī)生長工藝生長，量子阱方 式的改變主要目的是為了維持生產(chǎn)過程中藍移量的穩(wěn)定性。
按照上述方法制備的氮化鎵基LED結(jié)構(gòu)為在襯底上依次沉積有緩沖層、 未摻雜氮化鎵層、n型導(dǎo)電氮化鎵層、X+Y(前X個量子阱與后Y個量子阱有 不同的勢阱層或勢壘層)型多層量子阱、p型導(dǎo)電氮化鋁鎵層、p型導(dǎo)電氮化鎵 層、接觸層和其上的p電極，以及n型導(dǎo)電氮化鎵層上的n電極。
本發(fā)明所制備的一種結(jié)構(gòu)形成多量子阱結(jié)構(gòu)時，在數(shù)目上形成X+Y (1 ^X ^10， 1SY^20)的生長方式(前X個量子阱的勢阱層厚度Wx小于后Y個量
3子阱的勢阱層的厚度WY，即0〈Wx〈Wy;由于量子阱的壓電極化效應(yīng)會因量 子阱離n型層的遠近而不同，即越靠近n型層，量子阱的壓電極化效應(yīng)越弱， 其發(fā)光波長會越長。如果用相同的量子阱(相同的勢阱層厚度與相同的勢壘層 厚度)形成多量子阱結(jié)構(gòu)的時候，那么光致發(fā)光設(shè)備所測得的波長會受到最靠 近n型層的幾個量子阱的影響，同時，電致發(fā)光所測得的量子阱^5l限于后幾個， 從而使得藍移量不穩(wěn)定。然而，采用X+Y型多層量子阱，因為厚度比較薄的 勢阱層(前X個)發(fā)光波長比較短，其發(fā)出的光可以被厚度比較厚的勢阱層(后 Y個)所吸收，所以，在利用光致發(fā)光設(shè)備對此結(jié)構(gòu)進行測量時，其測得的實 際發(fā)光的量子阱可以僅限于后Y個，這就與電致發(fā)光所激發(fā)的量子阱相近似， 所以實現(xiàn)了兩種測量方式測得的波長之間的差值(藍移量)穩(wěn)定。
本發(fā)明的優(yōu)點在于通過這種生長方式，使得在光致發(fā)光設(shè)備測量波長時 所探測到的發(fā)光的量子阱與電致發(fā)光時測得的發(fā)光的量子阱相同，從而維持了 藍移量的穩(wěn)定性。


圖la是常見的氮化鎵基LED的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖lb是常見的氮化鎵基LED的的量子阱能帶圖； 圖2a是本發(fā)明的實施例氮化鎵基LED的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2b是本發(fā)明的實施例氮化鎵基LED的量子阱能帶圖； 圖3a是本發(fā)明的實施例氮化鎵基LED的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3b是本發(fā)明的實施例氮化鎵基LED的量子阱能帶圖； 圖4a是本發(fā)明的實施例氮化鎵基LED的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4b是本發(fā)明的實施例氮化鎵基LED的量子阱能帶圖。
具體實施方式
實施例1
圖2為采用本發(fā)明的氮化鎵基LED200，其在襯底201上依次沉積緩沖 層202，未摻雜的氮化鎵層203; n型氮化鎵層204;多層量子阱結(jié)構(gòu)205 (包 含勢阱層213、 215以及勢壘層214); p型導(dǎo)電的氮化鋁鎵層206; p型導(dǎo)電的 氮化鎵層207;接觸層208;，接觸層208上的p電極209及在n型導(dǎo)電的氮化 鎵層204上的n電極210.其中多層量子阱結(jié)構(gòu)205采用X+Y型多層量子阱， 前X個量子阱的勢阱層厚度(Wx)213小于后Y個量子阱的勢阱層的厚度 (WY)215，即0〈Wx〈Wy,前X個量子阱的勢壘層厚度(Bx)214等于后Y個量 子阱的勢壘層的厚度(By)214,即Bx-By。.
襯底201選用制備發(fā)光二極管常用的藍寶石(A1203)，具體工藝如下
(1) . 作緩沖層的氮化鎵層202的生長溫度480°C ~ 550°C,厚度25nm ~ 30nm;
(2) .未摻雜氮化鎵層203的厚度為2.5微米，生長溫度1000°C ~ 1100
。C;
(3) . n型導(dǎo)電的氮化鎵層204為4微米，生長溫度IOOO'C ~ IIOO'C;
4(4) .多層量子阱205，是LED的發(fā)光區(qū)域，采用X+Y(1^X^10，1^Y ^20)型多層量子阱生長方式，其中前X個量子阱的勢阱層厚度(Wx) 213 小于后Y個量子阱的勢阱層的厚度(WY)215，即0〈Wx〈Wy,前X個量子阱 的勢壘層厚度(Bx)214等于后Y個量子阱的勢壘層的厚度(BY)214,即Bx = BY， 在具體沉積工藝中使用氮氣作為載氣；
(5) . p型導(dǎo)電層的氮化鋁鎵層206,做載流阻擋層，約30nm 70nm,其 生長溫度900°C ~ 1000。C;
(6) . p型導(dǎo)電層的氮化鎵層207的厚度0.2um~ lum，生長溫度約為900 °C ~ IOOO'C;
(7) .接觸層208的厚度為2nm,生長溫度900°C ~ 1000。C;
在20mA注入電流的條件下，本發(fā)明的氮化鎵LED結(jié)構(gòu)藍移量穩(wěn)定在 3nm ~ 4nm之間，而原來的氮化鎵基LED結(jié)構(gòu)藍移量在3nm ~ 12nm之間波動。 實施例2
圖3為采用本發(fā)明的氮化鎵基LED300，其在襯底301上依次沉積緩沖層 302，未摻雜的氮化鎵層303; n型氮化鎵層304;多層量子阱結(jié)構(gòu)305 (包含 勢阱層313、 315以及勢壘層314、 316); p型導(dǎo)電的氮化鋁鎵層306; p型導(dǎo) 電的氮化鎵層307;接觸層308;接觸層308上的p電極309及在n型導(dǎo)電的 氮化鎵層304上的n電極310.其中多層量子阱結(jié)構(gòu)305采用X+Y型多層量子 阱，前X個量子阱的勢阱層厚度(Wx) 313小于后Y個量子阱的勢阱層的厚 度(Wy)315，即0〈Wx〈Wy，前X個量子阱的勢壘層厚度(Bx)314大于后Y個 量子阱的勢壘層的厚度(BY)316，即Bx〉By。
襯底301選用制備發(fā)光二極管常用的藍寶石(A1203)，具體工藝如下
(1) 作緩沖層的氮化鎵層302的生長溫度480。C ~ 550°C ，厚度25nm ~ 30nm;
(2) 未摻雜氮化鎵層303的厚度為2.5微米，生長溫度1000°C ~ IIOO'C;
(3) n型導(dǎo)電的氮化鎵層304為4微米，生長溫度1000°C ~ IIO(TC;
(4) 多層量子阱305，是LED的發(fā)光區(qū)域，采用X+Y ( 1^X^10, 1芻Y當(dāng) 20)型多層量子阱生長方式，其中前X個量子阱的勢阱層厚度(Wx) 313小 于后Y個量子阱的勢阱層的厚度(WY)315，即0〈Wx〈Wy，前X個量子阱的 勢壘層厚度(Bx)314大于后Y個量子阱的勢壘層的厚度(by)316,即BX〉BY， 在具體沉積工藝中使用氮氣作為載氣；
(5) p型導(dǎo)電層的氮化鋁鎵層306，做載流阻擋層，約30nm 70nm，其生 長溫度卯0。C ~ IOOO'C;
(6) p型導(dǎo)電層的氮化鎵層307的厚度0.2um ~ lum，生長溫度約為900°C ~ 1000 °C;
(7) 接觸層308的厚度為2證，生長溫度卯0。C ~ 1000。C;
在20mA注入電流的條件下，本發(fā)明的氮化鎵LED結(jié)構(gòu)藍移量穩(wěn)定在 3nm ~ 4nm之間，而原來的氮化鎵基LED結(jié)構(gòu)藍移量在3nm ~ 12nm之間波動。 實施例3
5圖4為采用本發(fā)明的氮化鎵基LED400,其在襯底401上依次沉積緩沖 層402，未摻雜的氮化鎵層403; n型氮化鎵層404;多層量子阱結(jié)構(gòu)405 (包 含勢阱層413、 415以及勢壘層414、 416); p型導(dǎo)電的氮化鋁鎵層406; p型 導(dǎo)電的氮化鎵層407;接觸層408;接觸層408上的p電極409及在n型導(dǎo)電 的氮化鎵層404上的n電極410.其中多層量子阱結(jié)構(gòu)405采用X+Y型多層量 子阱，前X個量子阱的勢阱層厚度(Wx) 413小于后Y個量子阱的勢阱層的 厚度(Wy)415，即0〈Wx〈Wy，前X個量子阱的勢壘層厚度(Bx)414小于后Y 個量子阱的勢壘層的厚度(BY)416，即Bx〈By。
襯底401選用制備發(fā)光二極管常用的藍寶石(A1203),具體工藝如下
(1) 作緩沖層的氮化鎵層402的生長溫度480。C ~ 550°C ，厚度25nm 30nm;
(2) 未摻雜氮化鎵層403的厚度為2.5微米，生長溫度1000°C ~ 1100。C;
(3) n型導(dǎo)電的氮化鎵層404為4微米，生長溫度IOO(TC ~ IIOO'C;
(4) 多層量子阱405，是LED的發(fā)光區(qū)域，采用X+Y型多層量子阱結(jié)構(gòu)(前 X個量子阱的勢阱層厚度(Wx) 413小于后Y個量子阱的勢阱層的厚度 (WY)415，即0〈Wx〈Wy,前X個量子阱的勢壘層厚度(Bx)414小于后Y個量 子阱的勢壘層的厚度(By)416。即Bx〈By，在具體沉積工藝中使用氮氣作為載
氣；
(5) p型導(dǎo)電層的氮化鋁鎵層406,做載流阻擋層，約30nm 70nm,其生 長溫度900 °C ~ IOO(TC;
(6) p型導(dǎo)電層的氮化鎵層407的厚度0,2um lum，生長溫度約為900°C ~ 1000 。C;
(7) 接觸層408的厚度為2nm，生長溫度900°C ~ IOO(TC;
在20mA注入電流的條件下，本發(fā)明的氮化鎵LED結(jié)構(gòu)藍移量穩(wěn)定在 3nm ~ 4nm之間，而原來的氮化鎵基LED結(jié)構(gòu)藍移量在3nm ~ 12nm之間波動。
權(quán)利要求
1、一種氮化鎵基LED的量子阱，該氮化鎵基LED結(jié)構(gòu)為，在襯底上依次沉積有緩沖層、n型層、多層量子阱、p型導(dǎo)電氮化鋁鎵層、p型層，其特征在于形成多層量子阱結(jié)構(gòu)時，數(shù)目上形成X+Y(1≤X≤10，1≤Y≤20)的生長方式，即先生長X個量子阱，再生長Y個與前X個量子阱具有不同勢阱層或勢壘層量子阱。
2 、 按照權(quán)利要求1所述的氮化鎵基LED量子阱的生長方法，其特征在于前 X個量子阱的勢阱層厚度Wx小于后Y個量子阱的勢阱層的厚度Wy，即0< Wx< WY,前X個量子阱的勢壘層厚度Bx等于后Y個量子阱的勢壘層的厚度 By， 即Bx = By。
3、 按照權(quán)利要求1所述的氮化鎵基LED量子阱的生長方法，其特征在于前 X個量子阱的勢阱層厚度Wx小于后Y個量子阱的勢阱層的厚度Wy，即0< Wx < WY，前X個量子阱的勢壘層厚度Bx大于后Y個量子阱的勢壘層的厚度 BY，即BPBy。
4、 按照權(quán)利要求1所述的氮化鎵基LED量子阱的生長方法，其特征在于前 X個量子阱的勢阱層厚度Wx小于后Y個量子阱的勢阱層的厚度WY，即0< Wx < WY，前X個量子阱的勢壘層厚度Bx小于后Y個量子阱的勢壘層的厚度By,即Bx〈By。
5、 一種氮化鎵基LED的量子阱結(jié)構(gòu)的制備方法，其步驟(l)采用MOCVD設(shè) 備，在480°C ~ 550°C的溫度下，在村底上生長GaN低溫緩沖層，厚度約25nm ~ 30nm; (2)在IOO(TC ~ 1100。C的溫度下，生長未摻雜的氮化鎵層，厚度約2.5um; (3)在1000。C-1100。C的溫度下，生長n型氮化鎵層，厚度約4um; (4)將溫度降 到550°C ~ 800。C生長InaGai-aN量子阱，周期數(shù)為1 ~ 30個；(5)在溫度900°C ~ 1000。C生長P型AlxGauN層，厚度為30nm-70nm; (6)在溫度900°C ~ 1000 。C生長P型層，厚度0.2um lum; C7)在溫度900。C ~ 1000。C生長P型接觸層， 厚度約2nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮化鎵基LED的量子阱結(jié)構(gòu)及生長方法，其主要在形成多量子阱結(jié)構(gòu)時，數(shù)目上形成X+Y(1≤X≤10，1≤Y≤20)的生長方式，即先生長X個量子阱，再生長Y個量子阱。其中前X個量子阱的勢阱層厚度比后Y個量子阱的勢阱層厚度小。通過這種生長方式，使得在光致發(fā)光設(shè)備測量波長時所探測到的發(fā)光的量子阱與電致發(fā)光時測得的發(fā)光的量子阱相同，從而維持了藍移量的穩(wěn)定性。本發(fā)明還公開了根據(jù)上述方法制備的氮化鎵基LED結(jié)構(gòu)，其藍移量得到了有效的控制。本發(fā)明可以廣泛用于半導(dǎo)體LED的制備中。
文檔編號H01L33/00GK101587930SQ200910062769
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者劉玉萍, 飛 孫, 魏世禎 申請人:武漢華燦光電有限公司