专利名称：一种GaN基发光二极管以及制作方法
技术领域：
本发明属于发光二极管领域，具体涉及一种GaN基发光二极管，本发明还包括该发光二极管的制作方法。
背景技术：
发光二极管(Light-emitting diode，LED)是一种注入电致发光器件。由于LED 在节能和智能控制方面的优势，所以受到广泛关注。特别是基于GaN基材料(AlN、InN、GaN 和其化合物)的LED，由于其波长可调范围理论上覆盖了整个可见光波段和紫外波段，因此成为目前LED发展的主流方向。进入21世纪以来，以GaN基蓝光LED为代表的LED技术无论在研究上和商业化生产应用上都取得了巨大进步，其应用领域越来越开阔。但是，目前 LED的发光效率相对较低，从外延结构方面来说，如何进一步挺高LED有源区中的电子空穴注入效率和复合效率，如何进一步降低LED的工作电压等问题制约着LED的应用发展，有待解决。传统LED的外延结构如图1所示，其中的发光有源层为多量子阱结构。传统有源层区的h组份和其能带结构如示意图2所示。电子和空穴分别从有有源层两端的电子注入层和空穴注入层直接输入到多量子阱有源层区中。由于载流子的输入主要靠其本身的输运特性，传统LED结构中存在载流子注入效率低的问题。为进一步提高LED有源区的电子注入效率，相关科学人员提出了通过在有源区前插入一电子发射层的方法。例如美国专利《LIGHT EMITTING DIODESffITH ASYMMETRIC RESONANCE TUNNELLING》(专利号 US 6614060B1)公布了一种具有单层InGaN或Alfe^nP电子发射层的发光二极管结构。通过该电子发射层，更多的电子在此层积累并注入到真正的发光有源层中，提高了 LED的发光效率(可参考文献 Soon Il Jung et al, "Photoluminescence study ofInGaN/GaN mu11ip1e-quantum-we11 with Si-doped InGaN electron-emitting Layer，，Current Applied Physics, vol.9, pp.943-945,2009)。另一方面，由于目前GaN基LED外延一般是沿着极性方向生长，存在极化效应，LED的有源层区的能带会被拉升变形为三角形，从而增加了电子传输的势垒，增加了 LED的工作电压。通过在hGaN/GaN量子阱中采用h组份渐变的三角形量子阱结构， 能缓解极性效应，降低势垒和LED的工作电压(可参考R. J.Choi et al, ‘‘ Efficient blue light-emitting diodes with InGaN/GaN triangularshaped multiple quantum wells “，Applied Physics Letters, vol. 82, pp. 2764-2766，2003.)。另外，美国专利《LIGHT EMITTING DIODES WITH GRADEDC0MP0SITIONACTIVE REGIONS))(专利号 US 6955933B2)也公开了一种利用h组份渐变的三角形量子阱作为发光有源层的LED结构。 但是，由于目前MOCVD等沉积技术和相关仪器设备的性能限制，对h组份渐变的三角形量子阱的控制十分困难，而LED的发光性能对有源层中的结构却十分敏感，所以该结构的LED 器件的稳定性和可重复性有待提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计一种提高电子到有源区的注入效率，降低工作电压的GaN基发光二极管。本发明同时给出了该发光二极管的制作方法，该方法对生长设备和工艺条件没有特殊要求，也不会对后续的生长和工艺步骤产生较大改动， 且又能提升二极管的发光效率。为了实现上述目的，本发明涉及的发光二极管包括如下技术特征在外延衬底上利用半导体沉淀技术依次生长有初始生长层、缓冲层、η型电子注入层、量子阱结构电子发射层、量子阱结构发光有源层、P型电子阻挡层和P型空穴注入层；所述量子阱结构发光有源层为AlJn/^+f势垒层和AlxIny(iai_x_yN量子阱层交错堆叠的量子阱或多量子阱结构，且0彡i彡1，0彡j彡1，0彡i+j彡1，0彡χ彡1，0彡y彡1， 0 ^ x+y ^ 1，所述AlJn/^+jN势垒层的禁带宽度大于AlxIny(iai_x_yN量子阱层的禁带宽度；所述量子阱结构电子发射层为AlklnAai+iN势垒层和AlmInnGa1^N量子阱层交错堆叠的量子阱或多量子阱结构，且0彡k彡1，0彡1彡1，0彡k+Ι彡1，0彡m彡1，0彡η彡1， 0 ^ m+n ^ 1，所述AlklnAai+iN势垒层的禁带宽度总大于AlmInnGii1HN量子阱层的禁带宽度，所述Α1ωΙηη(^_ω_ηΝ量子阱层的禁带宽度大于量子阱结构发光有源层中的AlJrvfemN 量子阱层的禁带宽度；所述Al1Jn1Ga1I1N势垒层和Α1ωΙηη(^_ω_ηΝ量子阱层的Al组份或h组份在垂直于外延衬底生长面方向上逐渐变化，从而使Alklnpai+iN势垒层和AlmInnGii1HN量子阱层在能带结构上各自具有或组合后具有三角型特征。更进一步的，所述量子阱结构电子发射层的々丨^叫^^+小势垒层的厚度为5nm 20nm，AlmInnGai_m_nN量子阱层的厚度为Inm 5nm ；所述Alklr^a+iN势垒层和ΑΙ^ι^ει^Ν 量子阱层的h组份或Al组份渐变区域部分覆盖或全部覆盖势垒层和浅量子阱层；所述势垒层和量子阱层为非掺、η型掺杂或ρ型掺杂，其掺杂浓度为0 1 X IO1Vcm3 ；所述量子阱结构电子发射层的堆叠量子阱的周期数为1 20。所述量子阱结构发光有源层的AlJn/^fN势垒层厚度为5nm 20nm， AlxIny(iai_x_yN量子阱层的厚度为Inm 5nm ;所述六1』11」&11+#势垒层和六1!￡1 &11_!￡_#量子阱层为非掺、η型掺杂或ρ型掺杂，其掺杂浓度为0 IX 1019/cm3 ；所述量子阱结构发光有源层的堆叠量子阱的周期数为1 20。所述外延衬底为蓝宝石衬底、硅衬底或SiC衬底；所述初始生长层为GaN层或AlN 层；所述缓冲层为GaN层、AlN层、InGaN层、AWaN层、InAlN层、InGaAlN层中的任一种或几种化合物组合而形成的过渡层；所述η型电子注入层为GaN层、AlN层、InGaN层、AKiaN 层、InAlN层、InGaAlN层中的任一中或几种化合物组合形成的制备η型欧姆接触的η型掺杂层；所述P型电子阻挡层为AlaIribGai_a_bN层，其中0彡a彡1,0 ^b ^ 1，0彡a+b彡1 ； 所述P型空穴注入层为GaN层、InGaN层、AWaN层、InGaAlN层中的任一种或由几种化合物组合而形成的制备P型欧姆接触层的P型掺杂层。所述初始生长层的厚度为1 500nm ； 所述的缓冲层的厚度为20nm 3 μ m ；所述的η型电子注入层的厚度为IOOnm 6 μ m，掺杂浓度为IX IO1Vcm3 IX 1019/cm3 ；所述的ρ型电子阻挡层的厚度为Onm lOOnm，掺杂浓度为1 X IO1Vcm3 1 X IO1Vcm3 ；所述的ρ型空穴注入层厚度为IOnm 1 μ m，掺杂浓度为1 X IO1Vcm3 lX1019/cm3。本发明还包括该GaN基发光二极管的制作方法，包括如下步骤步骤1、采用半导体沉淀技术在外延衬底上依次生长GaN初始生长层、缓冲层和η 型电子注入层；步骤2、在步骤1的基础上，生长量子阱结构电子发射层，所述量子阱结构电子发射层为Alklnpa^N势垒层和AlmIrinGai_m_nN量子阱层交错堆叠形成的量子阱或多量子阱结构；所述AlkInpa^N势垒层的禁带宽度总大于AlJr^GiimN量子阱层的禁带宽度；所述Al1Jn1Ga1^N势垒层和AlmInnGiilHN量子阱层的Al组份或h组份在垂直于衬底生长面方向上逐渐变化，从而使AlklnAa^N势垒层和AlJr^GiimN量子阱层在能带结构上各自具有或组合后具有三角型特征；步骤3、在步骤2的基础上，生长量子阱结构发光有源层；所述量子阱结构发光有源层为由AliInAa1+/^势垒层和由AlxIny(iai_x_yN量子阱层交错堆叠形成的量子阱或多量子阱结构，所述AlJn/^+f势垒层禁带宽度大于AlxInyGai_x_yN量子阱层的禁带宽度；所述 AlxInyGa1^yN量子阱层的禁带宽度小于电子发射层中AlmInnGa1^N量子阱层的禁带宽度。步骤4、在步骤3的基础上，依次生长ρ型AWaN电子阻挡层和ρ型空穴注入层。其中，步骤2中Al组份或h组份的逐渐变化通过以下一种或者任意几种方式的结合来实现a、逐渐提高或降低h或Al生长源气体的流量；b、逐渐降低或提高AlhGaN材料的生长温度；c、逐渐降低或升高Al InGaN材料的生长气压。与现有技术相比，本发明的GaN基发光二极管有益效果在于1、电子发射层中势垒层的禁带宽度总大于量子阱层的禁带宽度，量子阱层的禁带宽度总大于有源层中的量子阱层的禁带宽度，即电子发射层具有浅量子阱结构。与传统的发光二极管结构相比，浅量子阱结构的电子发射层能有效储蓄电子并发射到有源层区，增加电子的注入效率，从而提高发光二极管的发光效率。同时，量子阱结构电子发射层的多层结构比一般的单层电子发射层在电子储蓄和发射上更有优势。2、所述量子阱结构电子发射层在垂直于衬底表面的方向上形成h组份或Al组份渐变的区域，从而使势垒层和量子阱层在能带结构上具有三角型特征。该三角形的势垒层和量子阱层可以缓解外延结构的极化效应，进一步降低发光二极管的工作电压。同时该三角形特征只在电子发射层，不改变后续有源层区的生长和结构，从而提高LED的出光可靠性和可重复性。
图1是现有技术中发光二极管的截面图；图2是现有技术中发光二极管量子阱结构发光有源层6的^组份分布示意图和其能带结构示意图；图3是本发明的发光二极管的截面图；图4是本发明的发光二极管一种实施例的量子阱结构电子发射层5和量子阱结构发光有源层6的h组份分布示意图和其能带结构示意图；图5是实施案例1中的发光二极管的示意图及其量子阱结构电子发射层5和量子阱结构发光有源层6的结构图。图6是实施案例4中的发光二极管的示意图及其量子阱结构电子发射层5和量子阱结构发光有源层6的结构图。图7是根据本发明制备的发光二极管与普通发射层结构的发光二极管的I-V曲线8是根据本发明制备的发光二极管与普通发射层结构的发光二极管的出光特性对比图。
具体实施例方式为使本发明的目的和技术方案更清楚，以下给出本发明的部分具体实施示例，以对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于以下示例本发明为一种具有量子阱结构的GaN基发光二极管，以图形化或非图形化的蓝宝石衬底或硅衬底或SiC衬底为外延衬底1，用M0CVD、MBE、HVPE半导体沉积技术在所述衬底上依次沉积初始生长层2、缓冲层3、n型电子注入层4、浅量子阱结构电子发射层5、量子阱结构发光有缘层6、ρ型AWaN电子阻挡层7和ρ型空穴注入层8，得到具有GaN基浅量子阱结构的发光二极管，如图3所示；所述初始生长层2为GaN层或AlN层，厚度为20nm 2 μ m ；所述缓冲层3为GaN层、AlN层、InGaN层、AlGaN层、InAlN层、InGaAlN层或由以上几种化合物组合形成的过渡层，厚度为20nm 2 μ m ；所述η型电子注入层4为GaN层、AlN层、InGaN层、AlGaN层、InAlN层、InGaAlN 层或由以上几种化合物组合形成的制备η型欧姆接触的η型掺杂层，厚度为IOOnm 5 μ m， 掺杂浓度为 1 X IO1Vcm3 1 X IO1Vcm3 ；所述量子阱发光有源层6为由势垒层AlJii/^+jNei和量子阱层Al JnyGii1 _x_yN62 交错堆叠形成的量子阱或多量子阱结构的发光二极管的有源层，其中0 < i < 1，0 < j < 1， O^ i+j ^ Ι,Ο^χ^ 1,0^7^1且所述势垒层61禁带宽度大于所述量子阱层62的禁带宽度；所述Aliln/^+jN势垒层61的厚度为5nm 20歷，AlxInyGa1^yN量子阱层62的厚度为Inm 5nm。所述Alji!/^+/^势垒层和AlJr^GiimN量子阱层可以为非掺、η型掺杂或ρ型掺杂，其掺杂浓度为O IX 1019/cm3。所述发光有源层的堆叠量子阱的周期数为1 20。所述量子阱结构电子发射层5为由AlkIn1Ga1KN材料组成的势垒层51和由 AlmIrinGai_m_nN材料组成的量子阱层52交错堆叠形成的量子阱或多量子阱结构的电子发射层，其中O彡k彡1，0彡1彡1，0彡k+Ι彡1，0彡m彡1，0彡η彡1,0彡m+n彡1且所述势垒层51的禁带宽度总大于所述量子阱层52的禁带宽度，所述量子阱层52的禁带宽度大于所述有源层6中的量子阱层62的禁带宽度。所述电子发射层的AlkInpai^N势垒层和AlmInnGai_m_nN量子阱层Al组份或h组份在垂直于衬底生长面方向上逐渐变化，从而使垒和阱在能带结构上各自具有或组合后具有三角型特征。所述量子阱结构电子发射层 5的AlkIr^feimN势垒层51的厚度为5nm 20nm，AlmInnGa1J浅量子阱层52的厚度为Inm 5nm。所述势垒层和浅量子阱层可以为非掺、η型掺杂或ρ型掺杂，其掺杂浓度为0 lX1019/cm3。所述电子发射层的堆叠量子阱的周期数为1 20。在实际情况中，所述电子发射层5中势垒层51和量子阱层52是通过控制AlhGaN 材料的生长条件，使其在垂直于衬底生长面方向上形成渐变的h组份和Al组份，从而使其在能带结构上具有三角型特征的。具体控制方法包括1)通过逐渐提高或降低h生长源气体的流量或逐渐提高或降低Al生长源气体的流量，实现h组份和Al组份的渐变控制； 2)通过逐渐降低或提高AlhGaN材料的生长温度，实现h组份和Al组份的渐变控制；3) 通过逐渐降低或升高AlhGaN材料的生长气压，实现h组份和Al组份的渐变控制；4)通过以上三种方法的任意组合，实现h组份和Al组份的渐变控制。所述ρ型AlGaN电子阻挡层7为AlaInbGEi1IbN层，其中0彡a彡1，0彡b彡1， 0彡a+b彡1，厚度为Onm IOOnm,掺杂浓度为1 X IO1Vcm3 1 X IO1Vcm3 ；所述ρ型空穴注入层8为GaN层、InGaN层、AlGaN层、InGaAlN层或由以上几种化合物组合形成的制备P型欧姆接触层的P型掺杂层，厚度为IOnm 1 μ m，掺杂浓度为 1 X IO1Vcm3 lX1019/cm3。以下是制作上述GaN基发光二极管的方法实施例1 1、采用普通的金属氧化物气相沉积(MOCVD)设备，衬底材料1为蓝宝石非图形化 (0001)面衬底；在高温下加热，清洁衬底；然后把温度降低，生长GaN初始生长层2，厚度为 20nm ；2、在步骤1基础上，把温度升高，对GaN层进行重结晶，然后依次生长GaN缓冲层3，该层为非掺的GaN层，厚度为1 μ m ；η型电子注入层4，该层为掺Si的GaN层，厚度为2. 3 μ m ；3、在步骤2的基础上，把温度降低生长浅量子阱结构电子发射层5，一共生长3个周期的势垒层51和浅量子阱层52 ；其中势垒层51是Si掺杂的GaN材料，厚度为7nm ；浅量子阱层52是三角形结构的InGaN，即为h组份从下往上逐渐变大的非掺杂 InGaN，其中h组份从开始的0% (即GaN材料)逐渐增大到最大的10%，厚度为2. 5nm ；4、在步骤3的基础上，生长量子阱结构发光有源层6，一共生长3个周期的势垒层 61和量子阱层62 ；其中势垒层61是非掺杂的GaN材料，厚度为7nm ；量子阱层62是非掺杂的InGaN材料，厚度为2. 5nm ；5、在步骤4的基础上，把温度升高，生长ρ型空穴注入层8，该层为Mg掺杂的GaN 层，厚度为150nm。根据本实施例制备的发光二极管的I-V曲线图和出光特性如图7、8所示。实施例21、采用普通的金属氧化物气相沉积(MOCVD)设备，衬底材料1为非图形化的硅 (0001)面衬底；在高温下加热，清洁衬底；然后把温度低，生长AlN初始生长层2，厚度为 50nm ；2、在步骤1基础上，升温并依次生长
GaN缓冲层3，该层为非掺的GaN层，厚度为1 μ m ；η型电子注入层4，该层为掺Si的GaN层，厚度为2. 3 μ m ；3、在步骤2的基础上，把温度降低生长浅量子阱结构电子发射层5，一共生长3个周期的，势垒层51和浅量子阱层52 ；其中势垒层51是Si掺杂的AUnGaN材料，厚度为7nm ；浅量子阱层52是三角形结构的InGaN，即为h组份从下往上逐渐变大的非掺杂 InGaN，其中h组份从开始的0% (即GaN材料)逐渐增大到最大的10%，厚度为2. 5nm ；4、在步骤3的基础上，生长量子阱结构发光有源层6，一共生长8个周期的势垒层 61和量子阱层62 ；其中势垒层61是非掺杂的GaN材料，厚度为7nm ；量子阱层62是非掺杂的InGaN材料，厚度为2. 5nm ；5、在步骤4的基础上，把温度升高并依次生长ρ型AlGaN电子阻挡层7，该层为Mg掺杂的Ala2GEia8N层，厚度为20nm ；ρ型空穴注入层8，该层为Mg掺杂的GaN层，厚度为150nm。实施例31、采用普通的金属氧化物气相沉积(MOCVD)设备，衬底材料1为图形化的蓝宝石衬底，图形为规则排列的半圆球形，生长面为(0001)面；高温清洁衬底；然后把温度降低生长GaN初始生长层2，厚度为20nm ；2、在步骤1基础上，把温度升高对GaN层进行重结晶，然后依次生长GaN缓冲层3，该层为非掺的GaN层，厚度为3 μ m ；η型电子注入层4，该层为掺Si的GaN层，厚度为2 μ m ；3、在步骤2的基础上，把温度降低生长浅量子阱结构电子发射层5，一共生长3个周期的，势垒层51和浅量子阱层52 ；其中势垒层51是Si掺杂的GaN材料，厚度为7nm ；浅量子阱层52是三角形结构的InGaN，即为h组份从下往上逐渐变大的非掺杂 InGaN，其中h组份m从开始的0% (即GaN材料)逐渐增大到最大的10%，厚度为2. 5nm ；4、在步骤3的基础上，生长量子阱结构发光有源层6，一共生长5个周期的势垒层 61和量子阱层62 ；其中势垒层61是非掺杂的AUnGaN材料，厚度为7nm ；量子阱层62是非掺杂的AUnGaN材料，厚度为2. 5nm ；5、在步骤4的基础上，升温并依次生长ρ型AlGaN电子阻挡层7，该层为Mg掺杂的Ala2GEia8N层，厚度为20nm ；ρ型空穴注入层8，该层为Mg掺杂的GaN层，厚度为150nm。实施例4 1、采用普通的金属氧化物气相沉积(MOCVD)设备，衬底材料1为蓝宝石非图形化 (0001)面衬底；高温清洁衬底；然后把温度降到生长GaN初始生长层2，厚度为20nm ；2、在步骤1基础上，把温度升高对GaN层进行重结晶，然后依次生长GaN缓冲层3，该层为非掺的GaN层，厚度为1 μ m ；η型电子注入层4，该层为掺Si的GaN层，厚度为2. 3 μ m ；
3、在步骤2的基础上，把温度降低生长浅量子阱结构电子发射层5，一共生长3个周期的势垒层51和浅量子阱层52 ；其中势垒层51是非掺杂的h组份渐变的InGaN，从下往上h组份逐渐变大，其中h 组份从开始的0%逐渐增大到最大的10% ；厚度为5nm ；浅量子阱层52是非掺杂的h组份渐变的InGaN，从下往上h组份逐渐变小，其中 In组份从开始的10%逐渐减小到最后的0% ；厚度为5nm ；4、在步骤3的基础上，生长量子阱结构发光有源层6，一共生长5个周期的势垒层 61和量子阱层62 ；其中势垒层61是非掺杂的GaN材料，厚度为7nm ；量子阱层62是非掺杂的InGaN材料，厚度为2. 5nm ；5、在步骤4的基础上，把温度升高，依次生长ρ型AlGaN电子阻挡层7，该层为Mg掺杂的Ala2GEia8N层，厚度为20nm ；ρ型空穴注入层8，该层为Mg掺杂的GaN层，厚度为150nm。
权利要求
1.一种GaN基发光二极管，其特征在于在外延衬底(1)上利用半导体沉淀技术依次生长有初始生长层O)、缓冲层(3)、n型电子注入层G)、量子阱结构电子发射层(5)、量子阱结构发光有源层(6)、p型电子阻挡层(7)和ρ型空穴注入层(8)；所述量子阱结构发光有源层(6)为AlJi^Ga^.N势垒层(61)和AlxInyGai_x_yN量子阱层 (62)交错堆叠的量子阱或多量子阱结构，且1，0< l，0<i+j< 1，0<χ< 1， 0彡y彡1，0彡x+y彡1，并且AlJn/ki+jN势垒层(61)的禁带宽度大于Al^ι^ει^Ν量子阱层(62)的禁带宽度；所述量子阱结构电子发射层(5)为AlkIn1Ga1KN势垒层(51)和Α1ωΙηη(^_ω_ηΝ量子阱层 (52)交错堆叠的量子阱或多量子阱结构，且1，0< l，0<k+l< l，0<m< 1， 0彡η彡1，0彡m+n彡1 ；并且AlkIr^a^N势垒层(51)的禁带宽度总大于AlJr^feimN 量子阱层(52)的禁带宽度，AlmIrinGai_m_nN量子阱层(52)的禁带宽度大于发光有源层(6)中 AlxIny(iai_x_yN量子阱层(62)的禁带宽度；所述AlklnpamNGl)势垒层和AlmInnGii1HN量子阱层(52)的Al组份或化组份在垂直于外延衬底⑴生长面方向上逐渐变化，从而使AlklnAai^NGl)势垒层和AlmInnGii1HN 量子阱层(52)在能带结构上各自具有或组合后具有三角型特征。
2.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管，其特征在于所述量子阱结构电子发射层(5)的AlkIni^i1-HN势垒层(51)的厚度为5nm ZOnnuAlJr^feimN量子阱层(52)的厚度为Inm 5nm ；所述AlkIn1Ga1^1N势垒层(51)和AlmInnGa1J量子阱层(52)的Al组份或化组份在垂直于外延衬底(1)生长面方向上逐渐变化，h组份或Al组份渐变的区域部分覆盖或全部覆盖所述势垒层(51)和量子阱层(5 ；所述势垒层(51)和量子阱层(52) 为非掺、η型掺杂或ρ型掺杂，其掺杂浓度为O IX 1019/cm3 ；所述量子阱结构电子发射层 (5)的堆叠量子阱的周期数为1 20。
3.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管，其特征在于所述量子阱结构发光有源层(6)的AlJn/kiH-jN势垒层(61)厚度为5nm 20nm，Al^ι^ει^Ν量子阱层(62)的厚度为Inm 5nm;所述AlJn/^+jN势垒层(61)和Al Jr^GiinN量子阱层(62)为非掺、η 型掺杂或P型掺杂，其掺杂浓度为O 1 X IO1Vcm3 ；所述量子阱结构发光有源层(6)的堆叠量子阱的周期数为1 20。
4.根据权利要求1所述GaN基发光二极管，其特征在于所述外延衬底(1)为蓝宝石衬底、硅衬底或SiC衬底；所述初始生长层( 为GaN层或AlN层；所述缓冲层(；3)为GaN层、 AlN层、InGaN层、AlGaN层、InAlN层、InGaAlN层中的任一种或几种化合物组合而形成的过渡层；所述η型电子注入层(4)为GaN层、AlN层、InGaN层、AlGaN层、InAlN层、InGaAlN 层中的任一中或几种化合物组合形成的制备η型欧姆接触的η型掺杂层；所述ρ型电子阻挡层(7)为AlaInbGii1IbN层，其中O彡a彡1，0彡b彡1，0彡a+b彡1 ；所述ρ型空穴注入层(8)为GaN层、InGaN层、AKiaN层、InGaAlN层中的任一种或由几种化合物组合而形成的制备P型欧姆接触层的P型掺杂层。
5.根据权利要求4所述的GaN基发光二极管，其特征在于所述初始生长层O)的厚度为1 500nm ；所述的缓冲层(3)的厚度为20nm 3 μ m ；所述的η型电子注入层⑷的厚度为IOOnm 6μπι，掺杂浓度为IX IO1Vcm3 ~ 1 X 1019/cm3 ；所述的ρ型电子阻挡层(7) 的厚度为Onm lOOnm，掺杂浓度为1 X IO1Vcm3 1 X IO1Vcm3 ；所述的ρ型空穴注入层⑶厚度为IOnm 1 μ tm，掺杂浓度为1 X IO1Vcm3 1 X IO1Vcm30
6.一种权利要求1所述GaN基发光二极管的制作方法，其特征在于包括如下步骤 步骤1、采用半导体沉淀技术在外延衬底(1)上依次生长GaN初始生长层O)、缓冲层(3)和η型电子注入层⑷；步骤2、在步骤1的基础上，生长量子阱结构电子发射层(5)，所述量子阱结构电子发射层(5)为AlklnAa^N势垒层(51)和AlmInnGai_m_nN量子阱层(52)交错堆叠形成的量子阱或多量子阱结构；所述AlkhifevnN势垒层(51)的禁带宽度总大于AlmInnGai_m_nN量子阱层(52)的禁带宽度；所述AlklnAa^N势垒层(51)和AlJr^GiimN量子阱层(52)的Al组份或h组份在垂直于衬底生长面方向上逐渐变化，从而使Alklnpai+iN势垒层(51)和AlmInnGii1HN量子阱层(52)在能带结构上各自具有或组合后具有三角型特征；步骤3、在步骤2的基础上，生长量子阱结构发光有源层(6)；所述量子阱结构发光有源层(6)为由AlJn/^+jN势垒层(61)和由AlxIny(iai_x_yN量子阱层(62)交错堆叠形成的量子阱或多量子阱结构，所述AlJn/^+p势垒层(61)禁带宽度大于AlxInyGai_x_yN量子阱层(62)的禁带宽度；所述AlxIny(iai_x_yN量子阱层阳2)的禁带宽度小于电子发射层(5)中 AlmIrinGai_m_nN量子阱层(52)的禁带宽度。步骤4、在步骤3的基础上，依次生长ρ型AKiaN电子阻挡层(7)和ρ型空穴注入层⑶。
7.根据权利要求6所述的GaN基发光二极管的制作方法，其特征在于具体通过以下方法中的一种或者任意几种的结合实现所述步骤2中Al组份或^组份的逐渐变化a、逐渐提高或降低h或Al生长源气体的流量；b、逐渐降低或提高AlhGaN材料的生长温度；c、逐渐降低或升高AlInGaN材料的生长气压。
全文摘要
本发明涉及一种GaN基发光二极管以及制作方法。该发光二极管在外延衬底上依次生长初始生长层、GaN缓冲层、n型电子注入层、量子阱结构电子发射层、量子阱结构发光有源层、p型AlInGaN电子阻挡层和p型空穴注入层；所述电子发射层的量子阱结构中，发射层中的AlInGaN量子阱层的禁带宽度大于发光有源层中的AlInGaN量子阱的禁带宽度；所述量子阱结构电子发射层的AlInGaN量子阱层为三角形。本发明的优势在于所述量子阱结构电子发射层可有效提高电子注入发光有源层的效率，所述电子发射层中的三角形量子阱结构能减少发光二极管外延结构中的极化效应，降低发光二极管的工作电压。
文档编号H01L33/32GK102157657SQ20111002794
公开日2011年8月17日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者江灏, 王钢, 黄善津 申请人:中山大学