[发明专利]多节宽光谱LED的结构设计与制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种III-V族半导体发光二极管的生长方法，具体涉及一种多节且宽光谱的发光二极管（LED）的结构设计与制作方法。

背景技术

III-V族半导体材料，在发光照明、太阳电池及大功率器件等领域得到了广泛的应用，尤其以GaN（氮化镓）系列为代表的宽禁带半导体材料，是继Si和GaAs之后的第三代半导体材料，受到了科研界及产业界的广泛关注。并且GaN目前是作为蓝绿光发光二极管的最主要的材料，在产业界全面推行，并不断抢占传统照明市场。

但是，用GaN生长出来的LED，存在本身的一些待解决的缺陷。1、由于目前还不能得到商用的高质量大块GaN晶体，一般用异质衬底来外延，而GaN和蓝宝石衬底（或Si衬底）之间有较大的晶格失配度，导致外延层产生位错，这种位错会扩展并穿过有源层，限制了GaN器件性能的提高，有源层的缺陷过多限制了空穴的注入；2、此外，由于空穴本身存在迁移率低，扩散长度短等缺点，空穴只能迁移至最接近P型GaN层的两三个量子阱中形成辐射复合。传统多量子阱中，大部分的阱不发光，造成量子阱利用率非常低；3、因发光主要集中在最后两三个量子阱中，故传统结构的LED发光波长比较单一，光谱单一，无法做出全彩光以及白光。

综上所述，传统的生长量子阱的方法都或多或少地存在以下问题：（1）有缘区位错密度高，空穴注入之后易与这些位错形成非辐射复合；（2）P型层提供的空穴不足以迁移至前面的量子阱中，量子阱的利用率相对比较低，极大地限制了发光效率的提高；（3）发光光谱单一。

发明内容

本发明提供了一种多节宽光谱LED结构设计与制作方法：（1）在衬底上预通入金属源及V族反应物，通过高温分解，在所述衬底上形成一层缓冲层；（2）提高生长温度，在所述缓冲层上生长非掺杂的GaN层，并在所述非掺杂的GaN层上生长一层N型GaN层；（3）将温度调至适合生长量子阱的温度，在所述N型GaN层上生长GaN/InGaN多周期量子阱结构，每周期所述GaN/InGaN的厚度为5～30nm；其中，每个所述量子阱的阱宽为2～5nm，垒宽为5～25nm，周期数为1～50；（4）在所述GaN/InGaN多周期量子阱结构上生长一层P型GaN，所述P型GaN的厚度为0～30nm，掺杂浓度为1x10¹⁷～1x10²⁰cm^-3；（5）重复（3）和（4），以形成多个[GaN/InGaN多周期量子阱+P型GaN层]组合的多节发光二极管LED结构；其中，最后一层的所述P型GaN层的厚度为50～500nm，掺杂浓度为1x10¹⁷～1x10²⁰cm^-3。

本发明的目的在于克服传统LED结构的缺陷，利用多节LED的结构解决空穴注入效率过低，且量子阱利用率较低的问题，改善空穴注入量子阱的方法及数量，提高量子阱的利用率，从而进一步提高LED的发光效率。

本发明的另一目的是利用多节的LED结构设计，形成各种发光波段的量子阱串联。根据需求，每一节量子阱的发光波段可以不尽相同，从而形成宽光谱的LED。

附图说明

图1为本发明提供的多节宽光谱LED结构设计与制作方法一个实施例的流程图；

图2为本发明提供的多节宽光谱LED结构的示意图。

具体实施方式

图1为本发明提供的多节宽光谱LED结构设计与制作方法一个实施例的流程图，如图1所示，该方法包括：

（1）在衬底上预通入金属源及V族反应物，通过高温分解，在衬底上形成一层缓冲层；

当衬底材料的表面温度升高到530℃左右时，通入金属源和氨气（NH3）反应3-5分钟，金属源和NH3在此温度下分解并发生化学反应，形成无定型的缓冲生长层。所述金属源反应物及缓冲层具有下列特性：①能够在高温时分解成金属原子；②金属原子能够和N原子发生反应，形成如图所示的无定型的GaN缓冲层；③缓冲层的厚度可以为0～100nm。

（2）提高生长温度，在缓冲层上生长非掺杂的GaN层，并在非掺杂的GaN层上生长一层N型GaN层；