[發明專利]一種發光二極管外延結構

有效

• 申請號: 201310043789.4
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103107253A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 賈海強;陳弘;馬紫光;江洋;王文新;王祿;李衛
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 王藝

技術領域

本發明涉及一種發光二極管（Light?Emitting?Diode，簡稱LED）領域，特別涉及一種高內量子效率發光二極管外延結構。

背景技術

以GaN為代表的寬禁帶材料，是繼Si和GaAs之后的第三代半導體。由于外延技術的突破，在上個世紀九十年代期間有快速的發展。在近二十年的時間內，GaN半導體照明已變成全球性研究發展課題，而GaN市場中LED又占了主要份額。

現有的商品化白光LED大都采用GaN基藍光LED激發黃色熒光粉組合而發出白光的方式。這種方式實現的白光LED存在可靠性差、顯色指數低（約為60~80）、流明效率低等弊端。而解決這些問題的關鍵是制備完全基于半導體發光材料制作無熒光粉白光LED。目前的半導體材料，其禁帶寬度已經可以覆蓋整個可見光范圍，為以完全半導體材料制備白光LED提供了多種選擇和可能。

我們目前通常在C面藍寶石襯底上外延GaN基LED，得到的是c面GaN，Ⅲ-Ⅴ族氮化物材料的空間結構不具有空間中心反演對稱，并且Ⅴ族元素的原子和N原子的電負性相差很大，因此沿GaN的<0001>方向具有很強的極性。這一極化效應將產生強度較高的內建電場，并且使正負載流子在空間上分離，這樣導致發光波長紅移，更嚴重的后果是電子和空穴波函數交疊變少，材料的發光效率大大降低。

對于四元系LED來說，發展相對成熟很多，但是在量子阱結構方面，仍有很大的發展空間，同樣需要對量子阱發光效率進行提高。

發明內容

本發明要解決的技術問題就是克服上述問題，提出一種新量子阱結構的LED外延材料結構，以提高LED發光效率，并可實現集多色發光于單芯片內的LED用材料外延。

為了解決上述問題，本發明提供一種發光二極管（LED）外延結構，包括多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括一個或多個基本周期性結構，所述基本周期性結構包括相鄰的寬阱和寬壘，所述寬阱包括多個耦合阱，所述多個耦合阱均為窄阱，相鄰的耦合阱之間有窄壘以實現電子和空穴的隧穿耦合。

優選地，本發明還可具有以下特點：

所述多個耦合阱為2~5個耦合阱。

優選地，本發明還可具有以下特點：

當所述多個耦合阱為2個耦合阱時，所述2個耦合阱的阱寬不同，和/或，所述2個耦合阱的合金材料組分不同；

當所述多個耦合阱為3~5個耦合阱時，所述多個耦合阱的阱寬相同或不同，所述多個耦合阱的合金材料組分相同或不同，多個窄壘的壘寬相同或不同，多個窄壘的合金材料組分相同或不同；

所述寬壘具有相同的壘寬和合金材料組分，所述寬阱具有相同的周期性結構。

優選地，本發明還可具有以下特點：

所述多量子阱有源層還可包括基本多量子阱結構和/或基本超晶格結構。

優選地，本發明還可具有以下特點：

所述LED外延結構為GaN基LED外延結構，所述GaN基LED外延結構還包括襯底、成核層、不摻雜的氮化物緩沖層、N型電子注入層和P型空穴注入層；所述多量子阱有源層位于所述N型電子注入層和所述P型空穴注入層之間。

優選地，本發明還可具有以下特點：

所述寬壘和窄壘的材料為In_xGa_1-xN，所述多個耦合阱的材料為In_yGa_1-yN；其中，0≤x≤0.05,0<y<0.25，x<y；

所述寬壘的壘寬為10nm~30nm，所述窄壘的壘寬為1.5nm~8nm，所述耦合阱的阱寬為1nm~4nm。

優選地，本發明還可具有以下特點：

所述多量子阱結構有源層包括1~20個所述基本周期性結構。

優選地，本發明還可具有以下特點：所述LED外延結構為四元系AlGaInP基LED外延結構，所述四元系AlGaInP基LED外延結構還包括襯底、GaAs緩沖層、分布式布拉格反射層、N型電子注入層、P型空穴注入層和窗口層；所述多量子阱有源層位于所述N型電子注入層和所述P型空穴注入層之間。

優選地，本發明還可具有以下特點：