[发明专利]一种多量子阱结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于发光二极管、激光器、光探测器、太阳能电池等半导体光电器件的量子阱结构及制造方法，尤其是指一种多量子阱结构及制造方法。

背景技术

近年来，量子阱结构特别是多量子阱结构(MQW：Multi-Quantum-Well)的引入给半导体光电器件，诸如发光二极管、激光器、光探测器等的发展注入了新的活力。多量子阱结构中由于两种材料的禁带宽度不同而引起的沿薄层交替生长方向的附加周期势分布中的势阱称为量子阱。势阱层的禁带宽度应小于势垒层的禁带宽度，薄层的厚度应与半导体中电子的德布罗意波长(约为10nm)或电子平均自由程(约为50nm)有相同量级。

量子阱中电子与块状晶体中电子具有完全不同的性质，即表现出量子尺寸效应，这种效应大大地提高了器件性能。具有多量子阱结构的半导体光电器件具有寿命长、阈值电流小、效率高、光输出功率高等优点，再加上量子阱结构材料体积小易于集成，倍受研究人员重视，因而近年来，人们对量子阱材料的研究掀起了一股热潮。目前，国际上普遍应用的多量子阱结构一般采用InGaN/GaN多量子阱结构，由GaN势垒和InGaN势阱多层交叠而成。GaN势垒常掺入如Si、Ge等杂质以提高GaN的晶体质量，同时促使量子阱中的In凝聚成In团，使发光效率增强。InGaN势阱组份中In的含量对量子阱的带隙有较大影响，进而影响光电器件的发光波长。

然而，现有的技术采用由量子阱和垒层简单叠加循环而成的多量子阱结构，该结构相对简单，但是可以调整的工艺余度较小，使器件性能的提高受到了限制，不利于结构的扩展和升级。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种多量子阱结构及其制造方法，通过改进量子阱的结构设计，在不增加成本的基础上可以有效地提高器件的调控余度，为器件性能的提高提供了更大的工艺空间。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种多量子阱结构，包括n个循环排列的模块结构，所述模块结构顺次包括一个第一势垒层、一个第一势阱层以及m个由第二势垒层和第二势阱层依次交叠而成的量子阱结构；所述第一势垒层的厚度是第二势垒层的1.5-2.5倍。

作为本发明的优选方案，所述的n为大于1小于20的整数。

作为本发明的优选方案，所述的m为大于1小于10的整数。

作为本发明的优选方案，所述第一势阱层与第二势阱层的材料和厚度均相同。

作为本发明的优选方案，所述第一势阱层与第二势阱层的厚度均为2-5nm。

作为本发明的优选方案，所述第一势垒层的厚度为15-22.5nm；所述第二势垒层的厚度为7-15nm。

作为本发明的优选方案，所述第一势垒层和第二势垒层均为由Ga、In、Al、N元素中的一种或多种组成的化合物或混合物。

作为本发明的优选方案，所述第一势阱层和第二势阱层均为由Ga、In、Al、N元素中的一种或多种组成的化合物或混合物。

作为本发明的优选方案，所述第一势垒层和第二势垒层的能带均要大于所述第一势阱层和第二势阱层的能带。

作为本发明的优选方案，在所述n个循环排列的模块结构中，前w个模块结构内的第一势垒层中含有Si掺杂元素，其中w≤n。

作为本发明的优选方案，在所述n个循环排列的模块结构中，前y个模块结构内的第二势垒层中含有Si掺杂元素，其中y≤n。

此外，本发明还提供一种上述多量子阱结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、生长第一势垒层；

步骤二、在所述第一势垒层上生长第一势阱层；

步骤三、在所述第一势阱层上依次交叠生长第二势垒层和第二势阱层形成m个由第二势垒层和第二势阱层依次交叠而成的量子阱结构，从而完成模块结构；

重复步骤一到步骤三，形成n个循环排列的所述模块结构，从而完成该多量子阱结构的制备。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：通过此多量子阱内部结构的调配可以明显的增加光电器件的灵敏度，可以有效地调控工作电压和能量的利用效率。

附图说明

图1是实施例一的多量子阱结构的示意图；

图2是实施例二的多量子阱结构的示意图；

图3是实施例三的多量子阱结构的示意图；

图4是实施例四的多量子阱结构的示意图；

图5是实施例五的多量子阱结构的示意图；

图6是实施例六的多量子阱结构中模块结构的示意图。

具体实施方式