本發(fā)明涉及發(fā)光二極管半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，全球變暖和生態(tài)環(huán)境惡化成為當(dāng)今世界面臨的一大難題，而基于氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光二極管(led)技術(shù)具有低功耗、無(wú)污染、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此在改善生態(tài)問(wèn)題上發(fā)揮著重要的作用?，F(xiàn)如今，得益于半導(dǎo)體器件工藝水平的提高，氮化物led發(fā)光二極管技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在殺菌消毒，生物醫(yī)學(xué)，通訊及照明等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景。如今，氮化物led發(fā)光二極管技術(shù)面臨的主要問(wèn)題是空穴注入效率表現(xiàn)不佳，由此造成led發(fā)光二極管器件能源利用率及光電轉(zhuǎn)換效率低。相關(guān)研究表明，相比較于電子而言，空穴的有效質(zhì)量較大，所以其具有較低的遷移率，從而影響了空穴的輸運(yùn)過(guò)程，造成空穴在有源區(qū)量子阱中分布不均勻。此外，較之si摻雜的n-型氮化物半導(dǎo)體材料，p-型半導(dǎo)體材料中的mg摻雜雜質(zhì)的激活能更高，所以p型摻雜的效率也顯得比較低，從而導(dǎo)致了低空穴濃度的問(wèn)題。這種載流子遷移率和濃度的不對(duì)稱(chēng)性，使得低空穴注入效率這一問(wèn)題變得尤為突出，而且較低的空穴注入效率會(huì)加劇電子泄漏問(wèn)題，造成內(nèi)量子效率近一步地衰退，嚴(yán)重制約了led發(fā)光二極管的光學(xué)和電學(xué)性能。因此提高空穴注入效率對(duì)改善led器件的外量子效率具有重要的意義。研究人員為此改進(jìn)了led發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)，比如采用超晶格型電子阻擋層來(lái)減小阻擋空穴注入有源區(qū)的勢(shì)壘高度，提高注入到有源區(qū)的空穴濃度(wangs,yinya,guh,etal.gradedalgan/algansuperlatticeinsertlayerimprovedperformanceofalgan-baseddeepultravioletlight-emittingdiodes[j].journalofdisplaytechnology,2016,12(10):1112-1116.)；優(yōu)化有源區(qū)量子壘厚度來(lái)減小空穴傳輸路程，實(shí)現(xiàn)空穴濃度的均勻分布；通過(guò)對(duì)p型傳輸層中材料的組分的線性漸變，比如algan做p型傳輸層，可以通過(guò)沿著極性生長(zhǎng)方向，線性的減小al的組分，利用材料自身極化特性產(chǎn)生的電場(chǎng)，增加深能級(jí)受主雜質(zhì)電離，產(chǎn)生三維空穴氣來(lái)彌補(bǔ)p型摻雜效率低的缺陷，增加注入到有源區(qū)的空穴濃度(simonj,protasenkov,lianc,etal.polarization-inducedholedopinginwide-band-gapuniaxialsemiconductorheterostructures.[j].science,2010,327(5961):60.)。這些發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)均一定程度上改善了空穴注入效率，實(shí)現(xiàn)了發(fā)光二極管性能的改善，但無(wú)論是超晶格型的電子阻擋層設(shè)計(jì)，還是利用p區(qū)組分線性漸變結(jié)構(gòu)，由于每層的組分差別較小，因此外延生長(zhǎng)中工藝復(fù)雜，對(duì)組分的控制較為不易，尤其是組分線性漸變器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。該外延結(jié)構(gòu)在p⁺-alingan層/n⁺-alingan層之間插入一層較薄的周期性alingan/alingan超晶格(superlattice，英文縮寫(xiě)為sl)結(jié)構(gòu)，通過(guò)重?fù)诫s可以使n⁺-alingan層的導(dǎo)帶底低于p⁺-alingan層的價(jià)帶頂，實(shí)現(xiàn)載流子隧穿效應(yīng)，而超晶格層可以增強(qiáng)隧穿結(jié)中的電場(chǎng)，從而增加了p⁺-alingan層電子隧穿到n⁺-alingan層的幾率，相應(yīng)地提高了p⁺-alingan層的非平衡空穴的濃度，進(jìn)一步地改善了發(fā)光二極管器件的空穴注入效率。該制備方法在p⁺-alingan層/n⁺-alingan層之間通過(guò)外延生長(zhǎng)插入超晶格(sl)層，實(shí)現(xiàn)空穴注入效率的近一步優(yōu)化，即增加空穴由p-型電極注入到發(fā)光二極管器件內(nèi)部的效率。本發(fā)明制備方法可操作性強(qiáng)，而且在進(jìn)一步改善空穴注入的基礎(chǔ)上，也一定程度上緩解了發(fā)光二極管器件電流擁擠效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)性能的增益。

本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，

一種具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管器件外延結(jié)構(gòu)，其特征在于該外延結(jié)構(gòu)沿著外延生長(zhǎng)方向依次包括襯底、緩沖層、n-型半導(dǎo)體材料層、多量子阱層、p-型電子阻擋層、p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層、p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層、超晶格層和n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層；所述多量子阱層為alx1iny1ga1-x1-y1n/alx2iny2ga1-x2-y2n，其中，各元素的組分x1、x2、y1、y2、1-x1-y1和1-x2-y2均介于0和1之間，量子壘alx2iny2ga1-x2-y2n的厚度為5nm～50nm，量子阱alx1iny1ga1-x1-y1n的厚度為1nm～20nm，量子阱個(gè)數(shù)大于或等于1，且量子壘alx2iny2ga1-x2-y2n的禁帶寬度大于量子阱alx1iny1ga1-x1-y1n的禁帶寬度；

所述超晶格層為兩種不同單元層交替生長(zhǎng)且呈周期性變化的多層膜，總厚度為1nm～10nm。

一種上述的具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法的步驟如下：

第一步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，對(duì)襯底進(jìn)行高溫800℃～1400℃退火，以除掉粘附在襯底表面的異物；

第二步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第一步得到的襯底表面上外延生長(zhǎng)一層厚度為10nm～50nm緩沖層，以實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)過(guò)濾與應(yīng)力釋放；

第三步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第二步得到的緩沖層上進(jìn)一步外延生長(zhǎng)厚度為50nm～5000nm的n-型半導(dǎo)體材料層；

第四步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第三步得到的n-型半導(dǎo)體材料層上外延生長(zhǎng)多量子阱層，量子壘alx2iny2ga1-x2-y2n的厚度為5nm～50nm，量子阱alx1iny1ga1-x1-y1n的厚度為1nm～20nm，且量子壘alx2iny2ga1-x2-y2n的禁帶寬度大于量子阱alx1iny1ga1-x1-y1n的禁帶寬度，且至少有一個(gè)量子阱；

第五步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第四步得到的多量子阱層上外延生長(zhǎng)厚度為10nm～100nm的p-型電子阻擋層；

第六步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第五步得到的p-型電子阻擋層上外延生長(zhǎng)厚度為50nm～250nm的p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層；

第七步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第六步得到的p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層上外延生長(zhǎng)厚度為10nm～250nm的p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層；

第八步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第七步得到的p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層上外延生長(zhǎng)超晶格層，超晶格層的總厚度控制在1nm～10nm，同時(shí)超晶格層的單元層的禁帶寬度周期性變化；

第九步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第八步得到的超晶格層上外延生長(zhǎng)厚度為20nm～250nm的n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層；由此得到所述的具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步：

(1)本發(fā)明發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)是在p⁺-alingan層與n⁺-alingan層之間插入周期性的超晶格(sl)層，如alingan/alingan超晶格層，增強(qiáng)了隧穿結(jié)中的電場(chǎng)，從而增加電子從p⁺-alingan層隧穿到n⁺-alingan層的幾率，相應(yīng)地提高p⁺-alingan層的空穴濃度，從而改善了發(fā)光二極管器件的空穴注入效率。

(2)本發(fā)明利用超晶格隧穿結(jié)實(shí)現(xiàn)空穴注入效率的改善，即在p區(qū)采用超晶格層的設(shè)計(jì)來(lái)提高隧穿幾率，改善空穴濃度，同時(shí)一定程度上緩解了發(fā)光二極管器件中的電流擁擠效應(yīng)，使得電流的分布更為均勻，從而減小了由發(fā)光二極管器件結(jié)溫升高及載流子分布不均勻而造成的金屬電遷移對(duì)發(fā)光二極管器件退化的影響。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明外延結(jié)構(gòu)的空穴注入效率相比現(xiàn)有的發(fā)光二極管器件提高了至少20％，在一定程度上改善了i-v特性。

(3)本發(fā)明方法可操作性強(qiáng)，成本低，適于工業(yè)上的推廣使用。

本發(fā)明具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管器件外延結(jié)構(gòu)專(zhuān)門(mén)適用于光發(fā)射的半導(dǎo)體器件,尤其適用于iii-v族氮化物發(fā)光二極管。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管器件外延結(jié)構(gòu)一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為傳統(tǒng)同質(zhì)隧穿結(jié)氮化物發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)示意圖，即不具備超晶格層。

圖3為實(shí)施例1的具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管器件外延結(jié)構(gòu)的隧穿結(jié)處(圖中灰色方框內(nèi)是隧穿結(jié))的能帶圖。

圖4為在35ma工作電流時(shí)，具有超晶格(sl)隧穿結(jié)和沒(méi)有超晶格(sl)隧穿結(jié)(即普通p⁺-alingan/n⁺-alingan隧穿結(jié))led中有源區(qū)內(nèi)空穴濃度的分布圖。

圖5為實(shí)施例1具有超晶格(sl)隧穿結(jié)和沒(méi)有超晶格(sl)隧穿結(jié)的發(fā)光二極管器件外延結(jié)構(gòu)的iv特性曲線圖。

圖6為實(shí)施例1具有超晶格(sl)隧穿結(jié)和沒(méi)有超晶格(sl)隧穿結(jié)的發(fā)光二極管器件外延結(jié)構(gòu)的電流擴(kuò)展示意圖。

其中，101.襯底，102.緩沖層，103.n-型半導(dǎo)體材料層，104.多量子阱層，105.p-型電子阻擋層，106.p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層，107.p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層(p⁺-alingan層)，108.超晶格層，109.n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層(n⁺-alingan層)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但并不以此作為對(duì)本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限定。

本發(fā)明具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管器件外延結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱(chēng)外延結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖1)沿著外延生長(zhǎng)方向依次包括襯底101、緩沖層102、n-型半導(dǎo)體材料層103、多量子阱層104、p-型電子阻擋層105、p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層106、p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107、超晶格層108和n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層109；所述多量子阱層104為alx1iny1ga1-x1-y1n/alx2iny2ga1-x2-y2n，其中，各元素的組分x1、x2、y1、y2、1-x1-y1和1-x2-y2均介于0和1之間，量子壘alx2iny2ga1-x2-y2n的厚度為5nm～50nm，量子阱alx1iny1ga1-x1-y1n的厚度為1nm～20nm，量子阱個(gè)數(shù)大于或等于1，且量子壘alx2iny2ga1-x2-y2n的禁帶寬度大于量子阱alx1iny1ga1-x1-y1n的禁帶寬度；

所述超晶格層為兩種不同單元層交替生長(zhǎng)且呈周期性變化的多層膜，單元層的禁帶寬度呈周期性變化，每個(gè)單元層均為非摻雜半導(dǎo)體材料，總厚度控制在1nm～10nm之間，能顯著減小對(duì)載流子隧穿的影響。

所述超晶格層為alingan/alingan超晶格層、氧化鋅或氧化鎂超晶格層；根據(jù)器件的設(shè)計(jì)要求選取不同的材料，可以是二元化合物，三元乃至四元化合物。

本發(fā)明外延結(jié)構(gòu)所述襯底101的材料可以是但不局限于藍(lán)寶石、si、sic、gan、aln,該襯底101可以依據(jù)外延生長(zhǎng)方向分為極性襯底、半極性襯底或非極性的襯底。

本發(fā)明外延結(jié)構(gòu)所述緩沖層102的材質(zhì)為alx3iny3ga1-x3-y3n，其中，各組成元素的組分x3、y3和1-x3-y3均介于0和1之間，選材厚度為10nm～50nm。

本發(fā)明外延結(jié)構(gòu)所述n-型半導(dǎo)體材料層103的材料為alx4iny4ga1-x4-y4n，每層的材料依據(jù)其作用而進(jìn)行選取，其中，各元素的組分x4、y4和1-x4-y4均介于0和1之間，厚度為50nm～5000nm。

本發(fā)明外延結(jié)構(gòu)所述p-型電子阻擋層105的材質(zhì)為alx5iny5ga1-x5-y5n，其中，各元素的組分x5、y5和1-x5-y5均介于0和1之間，厚度為10nm～100nm，且p-型電子阻擋層的禁帶寬度大于多量子阱層104最后一個(gè)量子壘的禁帶寬度。

本發(fā)明外延結(jié)構(gòu)所述p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層106的材質(zhì)為alx6iny6ga1-x6-y6n，其中，各元素的組分x6、y6和1-x6-y6均介于0和1之間，材料摻雜為p型摻雜，厚度為50nm～250nm。

本發(fā)明外延結(jié)構(gòu)所述p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107的材質(zhì)為alx7iny7ga1-x7-y7n，其中，各元素的組分x7、y7和1-x7-y7均介于0和1之間，材料摻雜為p型重?fù)诫s，厚度為10nm～250nm。

本發(fā)明外延結(jié)構(gòu)所述n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層109的材質(zhì)為alx8iny8ga1-x8-y8n，其中，各元素的組分x8、y8和1-x8-y8均介于0和1之間，材料摻雜為n型重?fù)诫s，厚度為2nm～250nm。

本發(fā)明具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法的步驟如下：

第一步，在mocvd(即金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)或者mbe(分子束外延)反應(yīng)爐中，對(duì)襯底101進(jìn)行高溫800℃～1400℃退火，以除掉粘附在襯底表面的異物；

第二步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第一步得到的襯底101表面上外延生長(zhǎng)一層厚度為10nm～50nm緩沖層102，以實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)過(guò)濾與應(yīng)力釋放；

第三步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第二步得到的緩沖層102上進(jìn)一步外延生長(zhǎng)厚度為50nm～5000nm的n-型半導(dǎo)體材料層103；

第四步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第三步得到的n-型半導(dǎo)體材料層103上外延生長(zhǎng)多量子阱層104，量子壘alx2iny2ga1-x2-y2n的厚度為5nm～50nm，量子阱alx1iny1ga1-x1-y1n的厚度為1nm～20nm，且量子壘alx2iny2ga1-x2-y2n的禁帶寬度大于量子阱alx1iny1ga1-x1-y1n的禁帶寬度，且至少有一個(gè)量子阱；所述量子壘的數(shù)目始終比量子阱的數(shù)目多一個(gè)，量子壘和量子阱構(gòu)成類(lèi)似于三明治的結(jié)構(gòu)；

第五步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第四步得到的多量子阱層104上外延生長(zhǎng)厚度為10nm～100nm的p-型電子阻擋層105；

第六步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第五步得到的p-型電子阻擋層105上外延生長(zhǎng)厚度為50nm～250nm的p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層106；

第七步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第六步得到的p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層106上外延生長(zhǎng)厚度為10nm～250nm的p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107；

第八步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第七步得到的p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107上外延生長(zhǎng)超晶格層108，超晶格層為兩種不同單元層交替生長(zhǎng)且呈周期性變化的多層膜，超晶格層的總厚度控制在1nm～10nm，同時(shí)超晶格層的禁帶寬度周期性變化，在mocvd或mbe反應(yīng)爐內(nèi)能實(shí)現(xiàn)超晶格層厚度及周期的精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)周期性生長(zhǎng)；

第九步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第八步得到的超晶格層108上外延生長(zhǎng)厚度為20nm～250nm的n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層109；由此得到本發(fā)明具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明利用超晶格層產(chǎn)生的一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，利用增強(qiáng)的電場(chǎng)增加電子隧穿幾率，進(jìn)而提高了p區(qū)空穴的濃度，明顯改善p區(qū)空穴濃度低的問(wèn)題。

圖1所示實(shí)施例表明，本發(fā)明具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其該外延結(jié)構(gòu)沿著外延生長(zhǎng)方向依次包括：襯底101、緩沖層102、n型半導(dǎo)體材料103、多量子阱層104、p-型電子阻擋層105、p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層106、p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107、超晶格層108、n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層109，各層直接通過(guò)外延生長(zhǎng)獲得，采用共格生長(zhǎng)，通過(guò)共價(jià)鍵等化學(xué)鍵實(shí)現(xiàn)層與層的鏈接。

圖2為現(xiàn)有的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖，現(xiàn)有的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)沿著外延生長(zhǎng)方向依次包括：襯底101、緩沖層102、n型半導(dǎo)體材料103、多量子阱層104、p-型電子阻擋層105、p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層106、p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107和n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層109。

實(shí)施例1

本實(shí)施例具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)沿著外延生長(zhǎng)方向依次包括襯底101、緩沖層102、n型半導(dǎo)體材料103、多量子阱層104、p-型電子阻擋層105、p-型半導(dǎo)體材料傳輸層106、p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107、超晶格(sl)層108、n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層109。其中，所述超晶格層為alingan/alingan超晶格(sl)層，由al,in,ga,n四種元素組成的不同帶隙的兩種材料組成，該層總的厚度為6nm。

上述中，襯底101為藍(lán)寶石，沿著[0001]方向外延生長(zhǎng)；緩沖層102的材料為gan，厚度為20nm；n-型半導(dǎo)體材料層103的材料為gan，厚度為4μm；多量子阱層104的結(jié)構(gòu)為7個(gè)周期的in0.08ga0.92n/gan層，其中量子壘gan的厚度為10nm，量子阱in0.08ga0.92n的厚度為3nm；p-型電子阻擋層105的材料為al0.10ga0.90n，厚度為20nm；p-型半導(dǎo)體材料傳輸層106的材料為gan，厚度為200nm；p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107的材質(zhì)為gan，厚度為20nm，超晶格層108的材料為3個(gè)周期的al0.20ga0.80n/gan，且al0.20ga0.80n層的厚度為1nm，gan層的厚度也為1nm；n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層109的材質(zhì)為gan，厚度為20nm。

上述具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其制備方法如下：

第一步，在mocvd(即金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)或者mbe(分子束外延)反應(yīng)爐中，對(duì)襯底101進(jìn)行高溫(1200℃)退火，以除掉粘附在襯底表面的異物；

第二步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第一步得到的襯底101表面上外延生長(zhǎng)一層厚度為20nm的緩沖層102，生長(zhǎng)溫度為1050℃，氣壓為400mbar，以實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)過(guò)濾與應(yīng)力釋放；

第三步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第二步得到的緩沖層102上近一步外延生長(zhǎng)厚度為4μm，生長(zhǎng)溫度為1050℃，氣壓為400mbar，的n-型半導(dǎo)體材料層103；

第四步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第三步得到的n-型半導(dǎo)體材料層103上外延生長(zhǎng)7個(gè)周期的in0.08ga0.92n/gan多量子阱層104，此時(shí)x1＝0,y1＝0.08,1-x1-y1＝0.092；x2＝0,y2＝0,1-x2-y2＝1，量子阱in0.08ga0.92n層的厚度為3nm，量子壘gan層的厚度為10nm，生長(zhǎng)溫度為850℃，氣壓為400mbar。

第五步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第四步得到的多量子阱層104上外延生長(zhǎng)厚度為20nm的p-型電子阻擋層105，生長(zhǎng)溫度為970℃，氣壓為100mbar；

第六步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第五步得到的p-型電子阻擋層105上外延生長(zhǎng)厚度為200nm的p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層106，生長(zhǎng)溫度為970℃，氣壓為300mbar；

第七步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第六步得到的p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層106上外延生長(zhǎng)厚度為20nm的p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107，生長(zhǎng)溫度為970℃，氣壓為300mbar；

第八步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第七步得到的p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107上外延生長(zhǎng)3個(gè)周期的al0.20ga0.80n/gan超晶格層108，超晶格層的總厚度控制在6nm，同時(shí)超晶格的禁帶寬度周期性變化，其中，al0.20ga0.80n層的厚度為1nm，gan層的厚度也為1nm，生長(zhǎng)溫度為970℃，氣壓為100mbar；

第九步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第八步得到的超晶格層108上外延生長(zhǎng)厚度為20nm的n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層109，生長(zhǎng)溫度為970℃，氣壓為300mbar；

由此制得本實(shí)施例具有alingan/alingan超晶格層超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。

圖3為本實(shí)施例具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)中的隧穿結(jié)處(p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107和n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層109的部分區(qū)域及全部的alingan/alingan超晶格層構(gòu)成隧穿結(jié)，見(jiàn)圖中灰色部分，即p⁺-alingan/alingan-alingansl/n⁺-alingan隧穿結(jié))的能帶圖，超晶格層增強(qiáng)的電場(chǎng)增加了p⁺-alingan層價(jià)帶中的電子向n⁺-alingan層導(dǎo)帶的隧穿幾率，同時(shí)產(chǎn)生空穴，相應(yīng)的提高了p⁺-alingan層(有+代表該層材料重?fù)诫s)中的非平衡空穴濃度，圖中虛線普遍高于實(shí)線，即可證明了該發(fā)明結(jié)構(gòu)利于提高有源區(qū)內(nèi)空穴的濃度，提高了至少20％。

圖4為35ma工作電流時(shí)，具有超晶格(sl)隧穿結(jié)和沒(méi)有超晶格(sl)隧穿結(jié)(即普通p⁺-alingan/n⁺-alingan隧穿結(jié))led中有源區(qū)內(nèi)空穴濃度的分布圖。較之具有普通(普通結(jié)構(gòu)較之本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)少了超晶格層108，其它層的構(gòu)成與本發(fā)明的結(jié)構(gòu)一致)p⁺-alingan/n⁺-alingan隧穿結(jié)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，在具有alingan/alingan超晶格層的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)中，有源區(qū)的空穴濃度得到了整體上的提高，且整體上均提高了至少20％以上。

圖5和圖6分別為i-v特性及電流擴(kuò)展示意圖，由圖5的i-v特性曲線圖，可以看出同等電流下，具有超晶格隧穿結(jié)的器件具有更小的工作電壓，插圖是i-v特性曲線的局部放大圖，更好看出二者的優(yōu)劣對(duì)比，說(shuō)明本實(shí)施例器件有助于改善i-v特性。本實(shí)施例得到的器件(發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu))的尺寸是350*350μm²，圖6中橫坐標(biāo)為相對(duì)位置，即以器件左側(cè)為起點(diǎn)0，縱坐標(biāo)為空穴濃度，所謂電流擁擠，是指電流擁擠在某個(gè)位置，即圖6中凸起的地方。從圖6中可以看出，本實(shí)施例的器件在一定程度上使得電流分布更均勻，能有效改善電流擁擠情況。

實(shí)施例2

本實(shí)施例具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)各部分組成同實(shí)施例1，不同之處在于所述緩沖層102的材料為aln，厚度為20nm；n-型半導(dǎo)體材料層103的材料為al0.60ga0.40n，厚度為4μm；多量子阱層104的結(jié)構(gòu)為5個(gè)周期的al0.45ga0.55n/al0.60ga0.40n層，其中量子壘al0.60ga0.40n的厚度為10nm，量子阱al0.45ga0.55n的厚度為3nm；p-型電子阻擋層105的材料為al0.65ga0.35n，厚度為10nm；p-型半導(dǎo)體材料傳輸層106的材料為al0.40ga0.60n，厚度為50nm；p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107的材質(zhì)為gan，厚度為20nm；超晶格層108的材料為3個(gè)周期的al0.30ga0.70n/al0.10ga0.90n，且al0.30ga0.70n層的厚度為1nm，al0.10ga0.90n層的厚度也為1nm；n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層109的材質(zhì)為gan，厚度為20nm。

上述具有超晶格隧穿結(jié)發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其制備方法如下：

第一步，在mocvd(即金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)或者mbe(分子束外延)反應(yīng)爐中，對(duì)襯底101進(jìn)行高溫(1200℃)退火，以除掉粘附在襯底表面的異物；

第二步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第一步得到的襯底101表面上外延生長(zhǎng)一層厚度為20nm的緩沖層102，生長(zhǎng)溫度1200℃,氣壓為80mbar，以實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)過(guò)濾與應(yīng)力釋放；

第三步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第二步得到的緩沖層102上進(jìn)一步外延生長(zhǎng)厚度為4μm的n-型半導(dǎo)體材料層103，生長(zhǎng)溫度為1000℃，氣壓為50mbar；

第四步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第三步得到的n-型半導(dǎo)體材料層103上外延生長(zhǎng)5個(gè)周期的al0.45ga0.55n/al0.60ga0.40n多量子阱層104，其中，量子阱al0.45ga0.55n層的厚度為3nm，量子壘al0.60ga0.40n層的厚度為10nm，生長(zhǎng)溫度1000℃，氣壓80mbar。

第五步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第四步得到的多量子阱層104上外延生長(zhǎng)厚度為10nm的p-型電子阻擋層105，生長(zhǎng)溫度1020℃，氣壓80mbar；

第六步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第五步得到的p-型電子阻擋層105上外延生長(zhǎng)厚度為50nm的p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層106，生長(zhǎng)溫度為1000℃，氣壓為氣壓50mbar；

第七步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第六步得到的p-型摻雜半導(dǎo)體材料傳輸層106上外延生長(zhǎng)厚度為20nm的p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107，生長(zhǎng)溫度為1000℃，氣壓為50mbar；

第八步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第七步得到的p-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層107上外延生長(zhǎng)3個(gè)周期的al0.30ga0.70n/al0.10ga0.90n超晶格層，其中al0.30ga0.70n層的厚度為1nm，al0.10ga0.90n層的厚度也為1nm，生長(zhǎng)溫度為1040℃，氣壓為100mbar。

第九步，在mocvd或者mbe反應(yīng)爐中，在第八步得到的al0.30ga0.70n/al0.10ga0.90n超晶格層108上外延生長(zhǎng)厚度為20nm的n-型重?fù)诫s半導(dǎo)體材料傳輸層109，生長(zhǎng)溫度為1000～1100℃，氣壓為50mbar。

由此制得本實(shí)施例的具有超晶格隧穿結(jié)的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例3

本實(shí)施例各部分組成及連接同實(shí)施例1，不同之處在于本實(shí)施例中超晶格層108為氧化鎂和氧化鋅兩種材料組成兩種單元層交替生長(zhǎng)且呈周期性變化的多層膜，氧化鎂層和氧化鋅層的厚度均為2nm，周期為2，氧化鋅及氧化鎂均摻雜有si。

上述實(shí)施例均能達(dá)到提高空穴濃度、改善i-v特性及改善電流擁擠情況的目的，且本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明所涉及的原材料均可通過(guò)公知途徑獲得，其制備方法中的操作工藝是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠掌握的。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。