[发明专利]一种正弦量子阱耦合增强型GaN基发光二极管

权利要求书

1.一种正弦量子阱耦合增强型GaN基发光二极管，其特征在于，包括衬底、衬底上面的缓冲层、n型GaN层，在n型GaN层上面的In_xGa_1-xN/GaN多量子阱，在多量子阱层上面的p型GaN层，在p型层和n型层上的金属接触电极；其中多量子阱层中阱层由In组份具有周期正弦波状变化的In_xGa_1-xN组成，垒层则由GaN组成。

2.根据权利要求1所述的正弦量子阱耦合增强型GaN基发光二极管，其特征在于，所述衬底为蓝宝石、单晶硅、单晶氮化镓或单晶砷化镓。

3.根据权利要求1所述的正弦量子阱耦合增强型GaN基发光二极管，其特征在于，所述缓冲层是不同厚度的GaN、AlN、AlGaN和InAlGaN之中的一种或多种材料组成。

4. 根据权利要求1、2或3所述的正弦量子阱耦合增强型GaN基发光二极管，其特征在于，所述n型GaN层通过掺Si或Ge实现，载流子浓度控制在10¹⁶ cm^-3~10²⁰ cm^-3之间，厚度为50 nm~5 μm。

5.根据权利要求4所述的正弦量子阱耦合增强型GaN基发光二极管，其特征在于，所述多量子阱MQWs对数为3~15对，由具有In组份周期正弦波形状变化的In_xGa_1-xN/GaN组成，通过调节量子阱层中的In组份周期性变化，形成周期性的富In组份聚集区，使相邻量子阱间的载流子形成强烈耦合，并调节能带结构。

6. 根据权利要求1、2、3或5所述的正弦量子阱耦合增强型GaN基发光二极管，其特征在于，所述p型GaN层通过掺Mg或Zn实现，载流子浓度控制在10¹⁶ cm^-3~10¹⁹ cm^-3之间，厚度为50 nm~500 nm。

7.根据权利要求6所述的正弦量子阱耦合增强型GaN基发光二极管，其特征在于，所述接触金属电极为钛、铂、金、银、铝的单层金属或金属复合层；接触电极层的厚度为30 nm~500 nm，在接触电极上蒸镀有一层10 nm~500 nm厚的金Au层。

8.一种如权利要求1-7之一所述的正弦量子阱耦合增强型GaN基发光二极管的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

① 衬底清洗，其步骤为：先在硫酸H₂SO₄和双氧水H₂O₂中清洗1 min~5 min，接着在氢氟酸HF中清洗1 min~ 3 min，把Si表面的SiO₂氧化层腐蚀掉，紧接着在氨水NH₃.H₂O和双氧水H₂O₂中清洗3 min~15 min，再继续在氢氟酸HF中清洗1 min~ 3 min，最后在盐酸HCl中清洗3 min~15 min后用去离子水冲干净，用氮气枪吹干然后装入生长腔直接生长；Al₂O₃、GaN衬底和SiC衬底则不需要清洗；

② 生长缓冲层，方法包括磁控溅射法、分子束外延法、金属有机气相沉积法和激光脉冲沉积法；

③薄膜制备，先生长n型GaN层，其厚度通过生长时间的长短控制，掺杂元素为Si或Ge；接着生长开始多量子阱In_xGa_1-xN/GaN层，通过控制生长的衬底温度周期正弦函数变化来控制阱层中In组份的含量；接着生长开始p型GaN层，掺杂元素为Mg或Zn；生长方法包括磁控溅射法、分子束外延法、金属有机气相沉积法和激光脉冲沉积法；

④ 薄膜制备完后，先用丙酮、异丙醇对薄膜的表面进行清洗，得到干净的表面；然后用光学掩膜的方法在薄膜上面做图案，把需要刻蚀的部分裸露出来，不需要刻蚀的部分则用光刻胶覆盖，然后采用ICP刻蚀的方法把裸露部分的p型层和多量子阱层刻蚀掉，使部分n型层裸露出来；

⑤ 再次把刻蚀完的样品用丙酮、异丙醇和去离子水清洗干净，然后进行光刻掩膜，用电子束蒸镀的方法在样品上面镀上金属电极。