专利名称：一种具有倾斜量子阱结构的氮化镓半导体发光二极管的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及涉及氮化镓半导体外延设计与生长领域，具体是通过能带工程设计和量子阱结构的优化来促使阱内电子和空穴的波函数重叠，从而实现氮化镓半导体发光二极管量子效率和发光效率的提升。
背景技术：
蓝宝石衬底C面上生长的氮化镓半导体发光二极管，由于C面极化效应的存在，导致量子阱内存在一个极化势场，使得导带和价带在阱内发生倾斜，电子和空穴在空间上分离。它将产生两个不利的影响一是使量子阱的发射波长红移，二是降低阱内辐射复合的效 率。前者使得波长不易控制，后者将降低发光二极管的发光效率。
具体言之，通常的氮化镓半导体发光二极管，导带的最高点与价带的最低点，在极化势场的作用之下，是分离开的。据费米狄拉克分布的描述，电子倾向于填充导带之最低点，空穴倾向于填充价带之最高点，致使大部分电子和空穴，在空间上是分别聚集于阱的两端。从量子力学的角度描述，这导致所谓的电子和空穴的波函数在阱内分离，而波函数之共轭积，体现的是某处电子或空穴出现之几率。据费米黄金定则之描述，这将导致跃迁几率的下降，辐射复合几率的减少。如附图I所示即为极化和非极化情况下单量子阱的能带结构示意图。I为量子阱的垒层结构，2为非极化条件下量子阱阱层结构，4和5则分别为非极化条件下，电子和空穴的波函数。非极化条件下，电子和空穴的波函数对称分布。3为极化条件下量子阱阱层结构，6和7则分别为极化条间下，电子和空穴的波函数。极化条件下，电子和空穴的波函数分离。
发明内容
本发明的目的在于通过量子阱结构的优化，来减少极化效应带来的电子和空穴的分离，从而，实现辐射复合效率的提升。本发明的技术方案为一种具有倾斜量子阱结构的氮化镓半导体发光二极管，该发光二极管外延结构从下向上依次为一层低温氮化镓层、一层N型氮化镓层、数对铟镓氮和氮化镓的量子阱结构、一层铝镓氮电子阻挡层、一层P型氮化镓层、一层P型氮化镓盖层；所述铟镓氮量子阱内铟组分从靠近N型的垒层往靠近P型的垒层之方向，铟的组分是逐渐递减的。所述铟的组分递减具有多种不同的方式，包括线性的递减、抛物线型的递减、台阶式的递减，及其它形式的递减。所述铟的组分递减，是可以通过外延技术手段来实现的，如阱内生长温度的调节，三甲基铟流量，流速及压力的调节等，但不局限于某种特定的方法。本发明的优点在于利用量子阱铟组份的梯度设计来抵消极化效应导致的能带倾斜，从而抑制空穴和电子在空间上的分离，提高电子、空穴的辐射复合几率，及内量子效率。
图I为极化和非极化情况下单量子阱能带 图2为本发明所述倾斜量子阱氮化镓半导体发光二极管示意 图3为本发明中所述倾斜 量子阱结构示意 图4为MOCVD生长本发明所述量子阱的温度及TMIn流量控制示意图。
具体实施例方式一种具有倾斜量子阱结构的氮化镓半导体发光二极管，通过量子阱中铟镓氮组分的优化与设计，来改善极化效应导致的电子空穴空间上分离的问题，从而实现量子效率的提升。一种具有倾斜量子阱结构的氮化镓半导体发光二极管，蓝宝石衬底9上生长一层低温的氮化镓层10，其厚度约为50 — lOOnm，用以缓解晶格失配带来的应力。低温氮化镓层10上生长一层N型的氮化镓层11，掺单质硅，掺杂浓度约为lel9 — le20每立方厘米，厚度为1000-2500nm，提供电子注入。N型的氮化镓层11上为若干对对铟镓氮和氮化镓构成的量子阱结构12。阱的厚度约为2.5-3nm，垒的厚度约为8-12nm，均不掺杂。量子阱结构12上为P型的铝镓氮电子阻挡层13，掺金属镁，浓度约为Iel9_le21每立方厘米，厚度约为30nm，用以阻挡高注入下量子阱内的溢出电子。P型的电子阻挡层13之上为P型的氮化镓层14，掺金属镁，掺杂浓度约为le21 — le22每立方厘米，厚度约为150_200nm，用以提供空穴注入。P型的氮化镓层14之上为一层盖层氮化镓，亦为P型。掺金属镁，掺杂浓度为le22每立方厘米，厚度为30— 50nm，其作用提供高的空穴浓度，以便形成P型的欧姆接触。所述的量子阱结构，其阱层为组分渐变铟镓氮，N型层到P型层，铟的组分由多到少。在能带结构上，形成一个倾斜的量子阱结构，靠近N型区，阱的带宽较窄，靠近P型区，阱的带宽较宽。适当铟组分设计，使得量子阱的倾斜刚好抵消极化效应所导致的能带倾斜和极化势场，使电子和空穴的波函数不再分离。比如，对绿光而言，可以使阱内铟的组分由0.25渐次变化到0. 2，由于铟组分为0. 25的铟镓氮对应的禁带宽度更小，约为2. 4eV.倾斜的量子阱使得电子和空穴的波函数都向窄带2. 4eV附近靠拢，发光二极管的发射波长在516nm左右。附图3，所示为倾斜量子阱的能带示意图，1101为垒层，1102为非极化情况下平坦的量子阱，1103为倾斜的量子阱，1104为极化情况下的量子阱。倾斜的量子阱1103刚好抵消极化效应造成的能带偏移。本例子仅仅用以说明阱内铟组分变化的一个特定的方式，本发明并不局限于本例子。实例I :
一种具有倾斜量子阱结构的氮化镓半导体发光二极管，旨在通过量子阱内铟组分的优化和设计来中和极化效应带来的不利影响，使空间上分离的电子和空穴之波函数增进重叠，从而提高辐射复合的效率，进而提升发光二极管的光效。以下将阐述本发明之金属有机化合物沉积生长外延层的一种实施方案。I) 在蓝宝石衬底8上生长厚度约为500nm的低温氮化镓层9，生长温度控制在500—600摄氏度之间，生长压力在400— 700Torr之间。2) 在低温氮化镓层9上生长厚度为2500nm的N型氮化镓层10，生长温度控制在1000-1200摄氏度，生长压力在100— 500Torr之间，掺杂杂质为单质硅，掺杂浓度为Iel9—le20每立方厘米。
3)在N型的氮化镓层10上生长铟镓氮和氮化镓构成的量子阱五对11，其中铟镓氮的厚度为2. 5nm,氮化镓的厚度为10nm。讲内铟组分的变化可以通过温度的控制来实现。例如保持三甲基铟的流量不变，生长过程中逐渐均匀的升高生长温度，实现铟镓氮合金中铟含量从多到少的变化。如附图4所示，19为量子垒-阱-垒生长过程中温度的变化，18为量子垒-阱-垒生长过程中三甲基铟流量的变化，17为量子垒-阱-垒中铟组分的变化。在实际生长中，垒层的温度控制在850-900摄氏度之间某个恒定的温度，整个过程关闭三甲基铟，阱层的生长温度可以由750摄氏度逐渐升高到850摄氏度，整个过程开启三甲基铟。4)在量子阱11上生长P型的铝镓氮层12，厚度为30nm，掺金属镁，掺杂浓度为le21每立方厘米，铝的组分为0. 3。生长温度为850—1000摄氏度之间，生长压力为50—500Torr 之间。5)在铝镓氮层12上生长P型的氮化镓层13，厚度为200nm，掺金属镁，掺杂浓度为le21每立方厘米。生长温度为1000-1100摄氏度，生长压力为100-500Torr之间。6)在P型的氮化镓层13上生长盖层氮化镓14,厚度为30nm,掺金属镁,掺杂浓度为le22每立方厘米。生长温度为1000-1100摄氏度之间，生长压力为100_500Torr之间。
权利要求
1.一种具有倾斜量子阱结构的氮化镓半导体发光二极管，该发光二极管外延结构从下向上依次为一层低温氮化镓层、一层N型氮化镓层、数对铟镓氮和氮化镓的量子阱结构、一层铝镓氮电子阻挡层、一层P型氮化镓层、一层P型氮化镓盖层；其特征在于所述铟镓氮量子阱内铟组分从靠近N型的垒层往靠近P型的垒层之方向，铟的组分是逐渐递减的。
2.根据权利要求I所述一种具有倾斜量子阱结构的氮化镓半导体发光二极管，其特征在于所述铟的组分递减具有多种不同的方式，包括线性的递减、抛物线型的递减、台阶式的递减，及其它形式的递减。
全文摘要
本发明公开一种具有倾斜量子阱结构的氮化镓半导体发光二极管，通过能带工程设计，将铟镓氮量子阱设计为倾斜的结构，从而调制阱的禁带宽度。本发明能克服量子阱内极化效应产生的极化电场，使电子和空穴的分布更加均匀，从而提高发光二极管的量子效率。
文档编号H01L33/06GK102623596SQ20121012237
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者李文兵, 杨春艳, 王江波, 董彬忠 申请人:华灿光电股份有限公司