本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種InGaN基黃色發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管(LED)以其節(jié)能環(huán)保、可靠性高等顯著特點(diǎn)得到人們廣泛的關(guān)注和研究。在能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)日益加重的今天，眾多國家和地區(qū)將LED照明技術(shù)列為國家發(fā)展戰(zhàn)略。經(jīng)過二十多年的研究和努力，LED外延生長技術(shù)、LED芯片制造技術(shù)以及LED封裝技術(shù)均得到長足進(jìn)步，使得LED被廣泛用于顯示屏、指示燈、景觀照明、汽車燈、通用照明等很多領(lǐng)域。

目前，照明用白光LED通常采用“藍(lán)光LED+熒光粉”的方式制成，這種形式的白光LED存在以下缺點(diǎn)：1、顯色指數(shù)、色溫和發(fā)光效率之間難以協(xié)調(diào)；2、熒光粉有限的轉(zhuǎn)換效率損失了部分LED的發(fā)光效率。為此，人們提出了采用多色LED合成白光的技術(shù)方案，如將“紅+黃+綠+青+藍(lán)”五基色LED芯片封裝在一起制成白光LED。這種白光LED將可望獲得低色溫、高顯色指數(shù)、高光效的白光光源。然而，目前藍(lán)光、紅光以及青光都具有較高的電光轉(zhuǎn)換效率，而綠光和黃光的電光轉(zhuǎn)換效率不高，尤其是黃光。因此，用現(xiàn)有的五基色LED合成白光可以獲得高顯色指數(shù)、低色溫的白光，但光效不高。InGaN和AlGaInP材料體系均可以獲得黃光LED，AlGaInP材料體系隨著波長從紅光轉(zhuǎn)變?yōu)辄S光，能帶由直接帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接帶隙，從物理上存在提升黃光光效的瓶頸。而InGaN材料體系則沒有物理瓶頸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可使黃光多量子阱層所受的張應(yīng)力得到顯著弛豫、從而提升黃光內(nèi)量子效率、獲得高光效的InGaN基黃色發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種InGaN基黃色發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括襯底，在襯底上設(shè)有緩沖層，在緩沖層上依次設(shè)有n型層、準(zhǔn)備層、黃光多量子阱層和p型層，特征是：在準(zhǔn)備層401和黃光多量子阱層501中設(shè)有向上開口的倒六角錐空洞結(jié)構(gòu)701；準(zhǔn)備層為In_xGa_(1-x)N/In_yGa_(1-y)N疊層結(jié)構(gòu)，其中0.03≤x≤0.15，0≤y≤0.05，且x＞y；準(zhǔn)備層的疊層周期數(shù)為k，In_xGa_(1-x)N層的厚度為h_x，In_yGa_(1-y)N層的厚度為h_y，其中10≤k≤100，1.5nm≤h_x≤20nm，0.5nm≤h_y≤4nm，且In_xGa_(1-x)N層的厚度h_x與In_yGa_(1-y)N層的厚度h_y的比值范圍為2-5，由于In_xGa_(1-x)N/In_yGa_(1-y)N疊層結(jié)構(gòu)中的In組分較高，可顯著弛豫黃光量子阱中的應(yīng)力；黃光多量子阱層為In_zGa_(1-z)N/In_wGa(_1-w)N周期結(jié)構(gòu)，其中0.2≤z≤0.4，0≤w≤0.15；黃光多量子阱層的周期數(shù)為m，In_zGa_(1-z)N層的厚度為h_z，In_wGa_(1-w)N層的厚度為h_w，其中3≤m ≤10，2nm≤h_z≤3nm，7nm≤h_w≤20nm。

位于準(zhǔn)備層和黃光多量子阱層位置的倒六角錐結(jié)構(gòu)701在生長平面上分布密度為ρ，生長至黃光多量子阱層頂時，六角錐結(jié)構(gòu)與生長平面相交成正六邊形的結(jié)構(gòu)，正六邊形邊長為L，其中1×10⁸cm^-2≤ρ≤1×10¹⁰cm^-2，50nm≤L≤200nm。生長平面為GaN材料體系的(0001)面，倒六角錐結(jié)構(gòu)的六個錐面為GaN材料體系{10-11}面族的六個面。至黃光多量子阱層生長結(jié)束時，倒六角錐結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為倒六角錐形的空洞(如圖2所示)，在生長P型層的過程中上述空洞被填平。

襯底為硅襯底(Si)、藍(lán)寶石襯底(Al₂O₃)、碳化硅襯底(SiC)或氮化鎵襯底(GaN)等單晶材料中的一種。

本發(fā)明的特點(diǎn)為：在生長黃光多量子阱層之前，先生長一層平均In組分較高的In_xGa_(1-x)N/In_yGa_(1-y)N疊層結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備層，從而顯著弛豫了黃光多量子阱層所受的張應(yīng)力，獲得高質(zhì)量的黃光多量子阱發(fā)光層；同時在準(zhǔn)備層以及黃光多量子阱層區(qū)域引入具有一定密度和大小的倒六角錐結(jié)構(gòu)，可大幅提升p型載流子(空穴)的注入效率，進(jìn)一步提升黃光發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明InGaN基黃光發(fā)光二極管的剖面圖；

圖2為本發(fā)明InGaN基黃色發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)生長至黃光多量子阱層結(jié)束時的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明InGaN基黃色發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)生長至黃光多量子阱層結(jié)束時的俯視圖；

圖4為本發(fā)明InGaN基黃色發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)生長至黃光多量子阱層結(jié)束時的剖面圖；

其中：101-襯底，201-緩沖層，301-n型層，401-準(zhǔn)備層，501-黃光多量子阱層，601-p型層，701-倒六角錐結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例并對照附圖1對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

如圖1所示，襯底101采用硅(Si)襯底，緩沖層201為AlN，n型層為摻Si濃度2×10¹⁸-5×10¹⁸cm^-3的GaN；準(zhǔn)備層401為In_0.1Ga_0.9N/GaN疊層結(jié)構(gòu)，疊層周期為20，In_0.1Ga_0.9N層厚5nm，GaN層厚1nm；黃光多量子阱層501為5個周期的In_0.28Ga_0.72N/GaN周期結(jié)構(gòu)，其中In_0.28Ga_0.72N阱厚2.7nm，GaN壘厚13nm；p型層601為摻Mg濃度1×10²⁰cm^-3的GaN。

如圖2，3，4所示，倒六角錐結(jié)構(gòu)701的密度為5×10⁸cm^-2-1×10⁹cm^-2，至黃光多量子阱層501頂時倒六角錐結(jié)構(gòu)701與生長平面相交成正六邊形，正六邊形邊長為100-150nm。

實(shí)施例2：

如圖1所示，襯底101采用藍(lán)寶石(Al₂O₃)襯底，緩沖層201為低溫GaN，n型層為摻Si濃度5×10¹⁸-1×10¹⁹cm^-3的GaN；準(zhǔn)備層401為In_0.05Ga_0.95N/In_0.02Ga_0.98N疊層結(jié)構(gòu)，疊層周期為30，In_0.05Ga_0.95N層厚60nm，In_0.02Ga_0.98N層厚15nm；黃光多量子阱層501為10個周期的In_0.3Ga_0.7N/GaN周期結(jié)構(gòu)，其中In_0.3Ga_0.7N阱厚2.5nm，GaN壘厚15nm；p型層601為摻Mg濃度5×10¹⁹cm^-3的GaN。

如圖2，3，4所示，倒六角錐結(jié)構(gòu)701的密度為2×10⁸cm^-2-5×108cm^-2，至黃光多量子阱層501頂時倒六角錐結(jié)構(gòu)701與生長平面相交成正六邊形，正六邊形邊長為150-200nm。