[发明专利]可调控能带的UV LED多量子阱结构装置及生长方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种可调控能带的UV LED的量子阱结构及其生长方法。该发明可以有效的提高紫外及深紫外发光二极管的内量子效率，进而提高LED的辐射效率和功率，可用于紫外及深紫外LED中。 

背景技术

近些年来氮化镓基LED的迅猛发展，其中短波段的AlGaN基UV LED的应用却受到其效率低下的限制。其原因来自多方面，包括高Al组AlGaN材料的外延难度高；掺杂难度高，尤其涉及p型掺杂；难以找到功函数匹配的金属形成良好的欧姆接触等。而其中还有一个重要的原因，是AlGaN中金属元素Al、Ga与非金属元素N的电负性差异较大，形成的极性化合物，材料中存在非常大的自发极化电场，同时由于UV LED的有源区量子阱结构中，量子阱量子垒之间的组分差异以及异质外延引起的材料应力，使得外延量子阱中同时还存在着不小的压电极化电场。这些电场导致的一个直接的结果便是引起在极性面和半极性面上外延制作的UV LED的量子阱中电子空穴波函数分离，降低电子空穴波函数的重叠积分，进而降低了量子阱中的辐射复合几率，从而使得LED效率降低。此外，极化电场带来的能带弯曲使得量子垒形成三角势垒，会阻止电流扩散，因此需要增大电压来使电子通过势垒。当电流超过一定值时，工作电压大于内建电场，n型区导带高于p型区导带，导致大量电子泄漏。在InGaN基蓝光/绿光LED为减小极化电场的影响，引入了三角形量子阱结构。而对于三角形量子阱的方法，由于量子阱层厚度一般只有几个纳米，生长时间很短，在如此短的时间内要想完美的实现组分如此巨大的渐变对于MOCVD外延生长也是一个高难度的挑战。 

发明内容

本发明所要解决的问题是AlGaN基发光二极管有源区多量子阱中出辐射复合效率低的问题。本发明立足于AlGaN基量子阱中极化电场与组分的关系，通过设计组分实现强度渐变的极化电场，再通过极化电场以及组分对能带的作用调控量子阱中能带，使得量子阱在很小的组分渐变下即实现削弱能带弯曲的现象，最终实现提高LED内量子效率的目的。 

为此，本发明提出了一种可调控能带的UV LED多量子阱结构装置，其包括至少一个能带被调控的量子阱结构，该能带调控量子阱结构由量子阱势垒层和组分渐变量子阱势阱层交替生长而成。 

本发明还提出了一种可调控能带的UV LED量子阱结构装置的外延生长方法，包括： 

步骤1、在蓝宝石衬底上依次生长低温AlN成核层、高温AlN模版层、AlGaN/AlGaN超晶格应力弛豫层、n型AlGaN导电层； 

步骤2、生长AlGaN能带调控量子阱结构；该能带调控量子阱结构由量子阱势垒层和组分渐变量子阱势阱层交替生长而成。 

本发明提出的上述方案中多量子阱结构可应用于AlGaN基紫外及深紫外LED中，用于提升有源区的内量子效率，进而提高LED的功率和效率。 

附图说明

图1为本发明优选实施例中多量子阱结构的截面结构示意图。 

图2为本发明优选实施例中多量子阱结构与常规多量子阱结构在100A/cm²的电流密度下的能带对比图。 

图3为理论计算本发明优选实施例中多量子阱结构最后一个量子阱与常规多量子阱结构顶部最后一个量子阱中的电子空穴波函数空间分布对比图。 

图4为本发明多量子阱结构外延生长方法第一优选实施例中相关参数变化示意图。 

图5为本发明多量子阱结构外延生长方法第二优选实施例中相关参数变化示意图。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。 

图1为本发明优选实施例公开的一种可调控能带的UV LED的多量子阱结构示意图。如图1所示，从下往上为外延生长方向。其中所述多量子阱结构外延生长方向所对应晶面为极性面和半极性面，优选(0001)晶面，其基材料为Al_xGa_1-xN，其中0≤x≤1。沿着外延生长方向，该多量子阱结构包括： 

能带调控量子阱结构13，其通过交替重复生长量子阱势垒层11和组分渐变量子阱势阱层12层而形成。