[發明專利]LED多量子阱結構裝置及生長方法

有效

• 申請號: 201410016436.X
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103779465B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 蔡武;鄭遠志;周德保;楊東;陳向東;康建;梁旭東
• 申請（專利權）人: 圓融光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/06
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司11205
• 代理人: 劉芳

技術領域

本發明涉及半導體技術，尤其涉及一種LED多量子阱結構裝置及生長方法。

背景技術

以氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶材料，是繼硅（Si）和砷化鎵（GaAs）之后的第三代半導體材料，主要用來制作發光二極管（Light Emitting Diode，LED）、激光器、探測器、高頻高功率晶體管等電子器件。

由于GaN基材料是離子晶體，其正負電荷不重合，形成自發極化。另外，由于銦氮化稼InGaN和GaN材料之間的晶格失配，又會引起壓電極化，進而形成壓電極化場。壓電極化場引起量子限制斯塔克效應（Quantum Confinement Stark Effect，QCSE），即壓電極化場導致量子阱中能帶彎曲，導帶在P型一側較低，n型一側被抬高，具體可參見圖1A與圖1B，圖1A為現有技術中傳統量子阱的未考慮QCSE影響的能帶圖，圖1B為現有技術中傳統量子阱的考慮QCSE影響的能帶圖。因此，實際量子阱呈三角形，電子向P型一側聚集，空穴則相反向n型一側聚集，即在空間上被分離，電子和空穴的空間波函數的交疊面積減小，降低其輻射復合幾率。而且，隨著InGaN中In組分的增加和勢阱層厚度的增加，QCSE也會逐漸增強。因此，盡量避免QCSE對于提升LED的性能至關重要。

已經有人針對以上問題提出三角形量子阱，使得空穴和電子被限制在勢能最低處，這樣壓電極化場導致的能帶彎曲造成的電子空穴的空間分離會稍有減弱，但作用有限。

發明內容

本發明提供一種LED多量子阱結構裝置及生長方法，通過調整勢阱中的銦組分合理有效的改變能帶形狀，在量子阱有源區兩端形成兩個復合中心，增加有源區中電子和空穴波函數的疊加重合區域，提高輻射復合效率，從而提高了LED的發光效率。

第一個方面，本發明實施例提供一種LED多量子阱結構裝置，包括：

能帶能被調控的LED多量子阱結構，所述LED多量子阱結構從下往上依次為交替生長的勢壘層、銦組分遞減的第一勢阱層以及銦組分遞增的第二勢阱層。

在第一個方面的第一種可能的實現方式中，所述勢壘層的厚度為5～20nm。

在第一個方面的第二種可能的實現方式中，所述第一勢阱層的厚度為1～3nm，所述第一勢阱層中銦組分遞減的差值范圍為1%～15%。

在第一個方面的第三種可能的實現方式中，所述第二勢阱層的厚度為1～3nm，所述第二勢阱層中銦組分遞增的差值范圍為1%～15%。

結合第一個方面、第一個方面的第一種、第二種或第三種中任一種可能的實現方式，在第一個方面的第四種可能的實現方式中，所述勢壘層、所述第一勢阱層以及所述第二勢阱層為一組，交替生長周期為3～15組。

第二個方面，本發明實施例提供一種LED多量子阱結構裝置的外延生長方法，包括：

步驟1、在LED多量子阱結構裝置之下從下往上依次生長低溫緩沖層、非故意摻雜層、n型摻雜層以及量子阱過度層；

步驟2、生長所述LED多量子阱結構裝置，所述LED多量子阱結構裝置包括能帶能被調控的LED多量子阱結構，所述LED多量子阱結構從下往上依次交替生長勢壘層、銦組分遞減的第一勢阱層以及銦組分遞增的第二勢阱層；

步驟3、在所述LED多量子阱結構裝置之上從下往上依次生長p型摻雜層與金屬接觸層。

在第二個方面的第一種可能的實現方式中，所述步驟2中生長勢壘層包括：在生長溫度為800～950℃下，生長厚度為5～20nm的所述勢壘層。

在第二個方面的第二種可能的實現方式中，所述步驟2中生長銦組分遞減的第一勢阱層包括：

在生長溫度為700～800℃下，生長銦組分遞減的差值范圍為1%～15%、厚度為1～3nm的所述第一勢阱層。

在第二個方面的第三種可能的實現方式中，所述步驟2中生長銦組分遞增的第二勢阱層包括：

在生長溫度為700～800℃下，生長銦組分遞增的差值范圍為1%～15%、厚度為1～3nm的所述第二勢阱層。

結合第二個方面、第二個方面的第一種、第二種或第三種中任一種可能的實現方式，在第二個方面的第四種可能的實現方式中，所述步驟2中，所述勢壘層、所述第一勢阱層以及所述第二勢阱層為一組，交替生長周期為3～15組。