[发明专利]一种氮化物LED结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED制备技术领域，尤其涉及一种氮化物LED结构及其制备方法。

背景技术

发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后，注入PN结中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出颜色为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的光。其中，GaN基材料是指GaN、InN、AlN以及他们的三元和四元化合物，属于直接带隙半导体材料，室温下其发光波长涵盖了近红外、可见以及深紫外波段，因而广泛地应用于LED领域中。

目前，氮化物LED发光器件主要采用P-N结结构，并且在P型半导体和N型半导体之间设有多量子阱结构，所述多量子阱结构作为有源区。当器件工作时，电子和空穴分别从有源区两端的N型区和P型区输入，载流子在多量子阱结构中的分布主要由电子和空穴的输运特性来决定。相对于电子而言，空穴具有大得多的有效质量和低得多的迁移率，因此，在有源区各个量子阱中，空穴很难输运到远离P型区的量子阱中。这样，LED的发光强度主要由空穴的分布决定。最靠近P型区的量子阱中空穴浓度最高，对发光的贡献最大；随着注入电流的增大，在靠近N型区量子阱中无法复合的载流子会聚集在靠近P型区的量子阱中，使电子从有源区泄露的几率增大，从而大大降低器件的内量子效率，这也是导致LED器件在大电流下效率明显下降的原因之一。

公开号为“CN101540364A”、名称为“一种氮化物发光器件及其制备方法”的中国专利公开了一种非对称耦合多量子阱结构为有源区的氮化物发光器件，所述非对称耦和的多量子阱结构的量子阱基态能级间的跃迁能量逐渐变化，跃迁能量大的量子阱靠近P型区，跃迁能量小的量子阱靠近N型区。用此有源区结构可以增强空穴在有源区的隧穿输运，同时可以阻挡电子的隧穿输运，实现高效发光。然而，上述专利中的量子阱的势垒没有变化，没有考虑到实际空穴在量子阱中的分布和空穴量子隧穿几率的关系。粒子穿过势垒的几率由势垒的性质和粒子在阱中的分布状态所决定。由于空穴比电子具有大得多的有效质量和低得多的迁移率，因此空穴在每个量子阱中的分布并不均匀。在靠近P型区的阱中，空穴密度高，所以隧穿到相邻量子阱中的几率相对较大；随着量子阱向N型区移动，空穴的密度明显降低，这样通过隧穿效应输运到相邻量子阱中的几率就会减小。所以量子阱的垒的宽度调整就成为提高发光亮度的一个重要参数。垒的宽度要同时考虑到量子阱的载流子限制作用和空穴的隧穿效应。量子阱太窄，载流子限制作用低，不能保证电子空穴对在量子阱中充分复合；量子阱太宽，则空穴隧穿几率低，无法提高载流子在有源区中分布的均匀性。

因此，有必要对现有的氮化物LED结构进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化物LED结构及其制备方法，以提高氮化物LED的性能。

为解决上述问题，本发明提出一种氮化物LED结构，该氮化物LED结构至少包括N型电子注入层、P型空穴注入层以及夹在所述N型电子注入层与所述P型空穴注入层之间的多量子阱有源层，所述多量子阱有源层中的量子阱的基态能级间的跃迁能量逐渐变化，跃迁能量大的量子阱靠近P型空穴注入层，跃迁能量小的量子阱靠近N型电子注入层，并且所述多量子阱有源层中的量子阱的势垒宽度也逐渐变化，势垒宽度大的量子阱靠近P型空穴注入层，势垒宽度小的量子阱靠近N型电子注入层。

可选的，所述量子阱的势垒宽度小于20nm。

可选的，所述N型电子注入层、P型空穴注入层以及多量子阱有源层均由Al_xGa_yIn_1-x-yN组成，其中，0＜x＜1，0＜x+y＜1，且所述N型电子注入层的禁带宽度、P型空穴注入层的禁带宽度以及量子阱的势垒的禁带宽度均大于所述量子阱的势阱的禁带宽度。

可选的，所述多量子阱有源层由非对称耦合量子阱组成，所述非对称耦合量子阱包括至少三个量子阱，相邻量子阱之间存在耦合效应，电子和空穴通过隧穿所述量子阱的势垒进入下一个量子阱。

可选的，所述量子阱的基态能级间的跃迁能量逐渐变化通过调节量子阱的势阱宽度实现。

可选的，所述量子阱的基态能级间的跃迁能量逐渐变化通过调节量子阱的组分实现。

可选的，所述量子阱的基态能级间的跃迁能量逐渐变化通过同时调节量子阱的势阱宽度及量子阱的组分实现。