一種光電器件的量子阱結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于光電器件設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光電器件的量子阱結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
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[0002]現(xiàn)有技術(shù)的量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本為量子皇和量子阱交替結(jié)構(gòu)，其中量子皇的材料組分禁帶寬度大于量子阱的材料組分禁帶寬度，電子和空穴在外加電場(chǎng)的作用下通過(guò)皇層到達(dá)阱層的時(shí)候發(fā)生復(fù)合發(fā)光。傳統(tǒng)的量子阱結(jié)構(gòu)中量子阱是由l_3nm厚的InGaN材料組成，In組分濃度決定了發(fā)光器件的波長(zhǎng)，量子皇則是由6nm-15nm的GaN材料組成，量子阱可以俘獲載流子而提升發(fā)光的效率。由于InGaN和GaN材料的晶格適配誘發(fā)的極化電場(chǎng)存在，導(dǎo)致量子阱結(jié)構(gòu)能帶發(fā)生傾斜而增加了價(jià)帶載流子的勢(shì)皇高度。
[0003]目前已經(jīng)有很多技術(shù)使用來(lái)盡可能的降低極化場(chǎng)，進(jìn)而降低空穴注入量子阱的勢(shì)皇高度以達(dá)到提高價(jià)帶載流子的注入效率的目的。根據(jù)理論分析:皇層摻In與常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)的能帶圖相比，由能帶理論分析得到皇層摻In使量子阱的能帶彎曲減少、量子限制斯塔克效應(yīng)減弱、電子阻擋層的電子阻擋效率提高、量子阱的空穴注入效率增加、電子與空穴的空間波函數(shù)交疊增加等，這些都對(duì)LED發(fā)光效率提高起到積極的作用。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明，使用InGaN材料來(lái)生長(zhǎng)量子皇結(jié)構(gòu)，有源區(qū)材料界面質(zhì)量明顯得到改善，樣品中V坑的數(shù)目及相應(yīng)的位錯(cuò)減少，并且利用InGaN做皇的樣品光致發(fā)光的峰值強(qiáng)度增強(qiáng)、峰位藍(lán)移，InGaN皇樣品的droop現(xiàn)象得到較大的改善。這表明講皇之間的應(yīng)力減小，降低了由此產(chǎn)生的壓電電場(chǎng)，增大了載流子的復(fù)合幾率，提高了量子效率。
[0004]但是同時(shí)由于勢(shì)皇高度的降低勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致N層的電子很容易迀移到P層而降低了效率，如果在量子皇增加Al則皇層可以有效阻擋迀移到P層的電子來(lái)提高效率，但是同時(shí)量子皇增加Al阻擋了空穴的迀移速率進(jìn)而導(dǎo)致空穴不能有效注入到量子阱內(nèi)參與復(fù)合發(fā)光，最終導(dǎo)致效率的提升效果有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明提出一種新的量子阱結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步有效增大載流子的復(fù)合幾率，提高量子效率，實(shí)現(xiàn)光電器件效率的優(yōu)化提升。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)思想是:提出以AlInGaN為皇，設(shè)計(jì)出In和Al組分漸變的皇層結(jié)構(gòu)來(lái)替代傳統(tǒng)量子阱結(jié)構(gòu)的皇層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0007]本發(fā)明的方案如下:
[0008]一種光電器件的量子阱結(jié)構(gòu)，具有多個(gè)周期的皇層和阱層交替生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)；其特點(diǎn)是:所述皇層采用Al InGaN,其中Al的組分比例為O % < Al % < 30 %，In的組分比例為O %< In%< 10%，至少有一個(gè)皇層中存在In組分和/或Al組分的漸變結(jié)構(gòu)。
[0009]對(duì)于以上方案，應(yīng)有以下認(rèn)識(shí):
[0010]上述漸變結(jié)構(gòu)，既可以是只有In組分在皇層生長(zhǎng)過(guò)程中漸變分布，也可以是只有Al組分在皇層生長(zhǎng)過(guò)程中漸變分布，最好是In組分和Al組分均在皇層生長(zhǎng)過(guò)程中漸變分布。而且，對(duì)于In和Al組分同時(shí)漸變的情況，兩種組分的配合并沒(méi)有特別限制，可以允許不同的漸變方式。
[0011]對(duì)于每個(gè)皇層，并不要求該皇層始終按照一個(gè)漸變模式生長(zhǎng)，而是可以允許以多種漸變模式組合的方式生長(zhǎng)。
[0012]對(duì)于每個(gè)皇層，也不要求該皇層的整個(gè)生長(zhǎng)階段持續(xù)漸變，而是允許該皇層生長(zhǎng)過(guò)程中只有其中一段時(shí)間有漸變，即只要“存在”漸變即可。
[0013]對(duì)于有多個(gè)皇層中存在In組分和/或Al組分的漸變結(jié)構(gòu)，最好各個(gè)皇層彼此的漸變結(jié)構(gòu)相同，但也可以允許不同。
[0014]In組分的漸變結(jié)構(gòu)可以是線性漸變?cè)黾印⒕€性漸變減少、梯度增加、梯度減少、拋物線型變化或者其任意組合，In組分在皇層中漸變分布的最小比例和最大比例均大于0%小于10%。
[0015]Al組分的漸變結(jié)構(gòu)可以是線性漸變?cè)黾?、線性漸變減少、梯度增加、梯度減少、拋物線型變化或者其任意組合，Al組分在皇層中漸變分布的最小比例和最大比例均大于0%小于30%。
[0016]每個(gè)周期的皇層中最好均存在In組分和/或Al組分的漸變結(jié)構(gòu)。
[0017]進(jìn)一步的，每個(gè)周期的皇層中最好均完全為In組分和/或Al組分的漸變結(jié)構(gòu)。
[0018]在工藝上，可通過(guò)改變In源流量、Al源流量、生長(zhǎng)溫度和生長(zhǎng)壓力等參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)In含量、Al含量的漸變。
[0019]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]通過(guò)在量子阱的皇層結(jié)構(gòu)內(nèi)摻入In組分，與常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)的能帶圖相比，量子阱的能帶彎曲減少、量子限制斯塔克效應(yīng)減弱、電子阻擋層的電子阻擋效率提高、量子阱的空穴注入效率增加、電子與空穴的空間波函數(shù)交疊增加，這些都對(duì)LED發(fā)光效率提高起到積極的作用；同時(shí)在量子阱的皇層結(jié)構(gòu)內(nèi)摻入Al組分，可以有效阻擋電子向P層迀移而導(dǎo)致效率的降低。
[0021]優(yōu)化皇層的In組分和Al組分并根據(jù)實(shí)際的需求實(shí)現(xiàn)漸變的組分設(shè)計(jì)，可以減小極化電場(chǎng)的影響，提高量子阱自發(fā)發(fā)射譜強(qiáng)度。同時(shí)，綜合考慮了極化電荷和勢(shì)皇高度的影響設(shè)計(jì)的量子皇結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證表明，有源區(qū)材料界面質(zhì)量明顯得到改善，樣品中V坑的數(shù)目及相應(yīng)的位錯(cuò)減少，并且利用AlInGaN做皇的樣品光致發(fā)光的峰值強(qiáng)度增強(qiáng)、峰位藍(lán)移，InGaN皇樣品的droop現(xiàn)象得到較大的改善。這表明阱皇之間的應(yīng)力減小，降低了由此產(chǎn)生的壓電電場(chǎng)，增大了載流子的復(fù)合幾率，提高了量子效率。
【附圖說(shuō)明】
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[0022]圖1是皇層內(nèi)In組分漸變的示意圖。
[0023]圖2是皇層內(nèi)Al組分漸變的示意圖。
[0024]圖3是皇層內(nèi)In組分和Al組分漸變組合的示意圖。
[0025]圖4某實(shí)際產(chǎn)品的皇層內(nèi)In組分和Al組分漸變組合示意圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0026]實(shí)施例一
[0027]小電流下的小功率高亮度芯片的設(shè)計(jì)?？稍O(shè)計(jì)如圖1(a)所示的結(jié)構(gòu)，每個(gè)皇層內(nèi)In組分的分布呈線性漸變?cè)黾?，在該皇層?nèi)In的比例由X漸變到Y(jié)，其中X取0.1%，Y取
[0028]經(jīng)驗(yàn)證，采用此皇層In組分漸變的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)亮度提升20% -30%。
[0029]實(shí)施例二
[0030]大電流下的小功率高亮度芯片的設(shè)計(jì)。可設(shè)計(jì)所有皇層如圖1(a)所示的結(jié)構(gòu)并結(jié)合設(shè)計(jì)為最后的2個(gè)皇層的Al組分設(shè)計(jì)為圖2(a)，每個(gè)皇層內(nèi)In組分的分布呈線性漸變?cè)黾?，在該皇層?nèi)In的比例由X漸變到Y(jié)，其中X取0.1%，Y取5%，最后的2個(gè)皇層內(nèi)Al組分的分布呈線性漸變?cè)黾?，在該皇層?nèi)Al組分的比例由M漸變到N，其中M取0.1 %，N 取
[0031]經(jīng)驗(yàn)證，采用此皇層In組分漸變結(jié)合最后2個(gè)皇層Al組分漸變的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)殼度提升13%，而且可通入最大電流值提升了 20%。
[0032]實(shí)施例三
[0033]大電流下的中功率高亮度芯片的設(shè)計(jì)。可設(shè)計(jì)所有皇層如圖1(a)所示的結(jié)構(gòu)并結(jié)合設(shè)計(jì)為除最后的2個(gè)皇層外的的Al組分設(shè)計(jì)為圖2(c)，最后的2個(gè)皇層的Al組分設(shè)計(jì)為圖2(d)，每個(gè)皇層內(nèi)In組分的分布呈線性漸變?cè)黾?，在該皇層?nèi)In的比例由X漸變到Y(jié)，其中X取0.1%，Y取5%;除最后的2個(gè)皇層外的的Al組分梯形漸變，高Al組分位置Al含量3.5%，低Al組分位置Al含量1.5%;最后的2個(gè)皇層內(nèi)Al組分的分布呈線性漸變?cè)黾?，在該皇層?nèi)Al組分的比例由M漸變到N，其中M取0.1%，Ν取3.5%。
[0034]經(jīng)驗(yàn)證，采用此皇層In組分漸變結(jié)合所有皇層Al組分漸變的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)亮度提升10%，而且可通入最大電流值提升了 25%。
[0035]實(shí)施例四
[0036]大電流下的大功率高亮度芯片的設(shè)計(jì)?？稍O(shè)計(jì)所有皇層如圖1(d)所示的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合除最后的2個(gè)皇層外的的Al組分設(shè)計(jì)為圖2(d)所示，最后的2個(gè)皇層外的的Al組分設(shè)計(jì)為圖2(a)所示。每個(gè)皇層內(nèi)In組分的分布呈線性漸變?cè)黾?，在該皇層?nèi)In的比例由X漸變到Y(jié)，其中X取0.1%，Y取5% ;除最后的2個(gè)皇層外的的Al組分線性漸變?cè)黾雍蠼档停逜l組分位置Al含量7.5 %，低Al組分位置Al含量0.5 %;最后的2個(gè)皇層外的的Al組分設(shè)計(jì)為0.1% -15%線性增加。
[0037]經(jīng)驗(yàn)證，采用此皇層In組分漸變結(jié)合所有皇層Al組分漸變的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)亮度提升7%，而且可通入最大電流值提升了 45%。
[0038]實(shí)施例五
[0039]大電流下的大功率高亮度芯片的設(shè)計(jì)?？稍O(shè)計(jì)所有皇層如圖1(d)所示的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合除最后的2個(gè)皇層外的的Al組分設(shè)計(jì)為圖2(d)所示，最后的2個(gè)皇層外的的Al組分設(shè)計(jì)為圖2(a)所示。每個(gè)皇層內(nèi)In組分的分布呈線性漸變?cè)黾?，在該皇層?nèi)In的比例由X漸變到Y(jié)，其中X取0.1%，Y取5% ;除最后的2個(gè)皇層外的的Al組分線性漸變?cè)黾雍蠼档?，高Al組分位置Al含量7.5 %，低Al組分位置Al含量0.5 %;最后的2個(gè)皇層外的的Al組分設(shè)計(jì)為0.1% -15%線性增加。
[0040]經(jīng)驗(yàn)證，采用此皇層In組分漸變結(jié)合所有皇層Al組分漸變的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)亮度提升7%，而且可通入最大電流值提升了 45%。
[0041]實(shí)施例六
[0042]根據(jù)實(shí)際的需求設(shè)計(jì)的某種產(chǎn)品如圖4所示，測(cè)試在每平方厘米200安培電流密度下與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比亮度提升達(dá)到27%，并且最大可通入電流提高30%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光電器件的量子阱結(jié)構(gòu)，具有多個(gè)周期的皇層和阱層交替生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)；其特征在于:所述皇層采用Al InGaN,其中Al的組分比例為O % < Al % < 30 %，In的組分比例為O %< In%< 10%，至少有一個(gè)皇層中存在In組分和/或Al組分的漸變結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電器件的量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:1η組分的漸變結(jié)構(gòu)為線性漸變?cè)黾印⒕€性漸變減少、梯度增加、梯度減少、拋物線型變化或者其任意組合，In組分在皇層中漸變分布的最小比例和最大比例均大于0%小于10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電器件的量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:A1組分的漸變結(jié)構(gòu)為線性漸變?cè)黾?、線性漸變減少、梯度增加、梯度減少、拋物線型變化或者其任意組合，Al組分在皇層中漸變分布的最小比例和最大比例均大于0%小于30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的光電器件的量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:每個(gè)周期的皇層中均存在In組分和/或Al組分的漸變結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電器件的量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:每個(gè)周期的皇層中均完全為In組分和/或Al組分的漸變結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種新的量子阱結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步有效增大載流子的復(fù)合幾率,提高量子效率，實(shí)現(xiàn)光電器件效率的優(yōu)化提升。本發(fā)明提出以AlInGaN為壘，設(shè)計(jì)出In和Al組分漸變的壘層結(jié)構(gòu)來(lái)替代傳統(tǒng)量子阱結(jié)構(gòu)的壘層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)在量子阱的壘層結(jié)構(gòu)內(nèi)摻入In組分，量子阱的能帶彎曲減少、量子限制斯塔克效應(yīng)減弱、電子阻擋層的電子阻擋效率提高、量子阱的空穴注入效率增加、電子與空穴的空間波函數(shù)交疊增加,這些都對(duì)LED發(fā)光效率提高起到積極的作用；同時(shí)在量子阱的壘層結(jié)構(gòu)內(nèi)摻入Al組分，有效阻擋了電子向P層遷移；AlInGaN漸變的組分設(shè)計(jì)，可以減小極化電場(chǎng)的影響,提高量子阱自發(fā)發(fā)射譜強(qiáng)度。
【IPC分類】H01L33-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104638073
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510014463
【發(fā)明人】李淼
【申請(qǐng)人】西安神光皓瑞光電科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月12日