[實用新型]一種LED外延結構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320797641.5
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN203617330U
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設計）人: 南琦;吳岳
• 申請（專利權）人: 蘇州新納晶光電有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/32
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陸明耀;陳忠輝

技術領域

本實用新型涉及一種可應用于高功率的器件上，且能保持器件高光效值的LED外延結構。

背景技術

目前，商業(yè)化LED外延片壘晶多采用MOCVD方式制成。由于GaN材料具有寬帶隙，高電子遷移率，高熱導率，高硬度，高穩(wěn)定的化學性質(zhì)，較小的介電常數(shù)和耐高溫等一系列優(yōu)點，故其在商業(yè)化高亮度發(fā)光二極管及半導體激光器中有著廣泛的實際應用價值和巨大的市場潛力。現(xiàn)有的被廣泛應用于實際生產(chǎn)中的GaN基LED外延結構一般包括：低溫GaN緩沖層，高溫GaN緩沖層，n型摻雜GaN層，MQW有源層，p型AlGaN電子阻擋層，p型摻雜GaN層，p型GaN接觸層構成。其中，MQW有源層為GaN基LED外延層中的發(fā)光層，其晶格質(zhì)量的好壞和結構設計差異直接決定了該外延層的光電特性。

隨著LED在背光及照明市場滲透率的逐年上升，中高功率器件的應用需求明顯增高。傳統(tǒng)的LED外延結構中，通常采用InGaN/GaN(量子阱/量子壘)的MQW有源發(fā)光層結構，InGaN/GaN基阱壘結構，當注入的電流密度較大時,LED的量子效率隨注入電流密度增大而下降的現(xiàn)象被稱為Droop效應。Droop效應的好壞直接決定LED外延器件在中高功率器件端的應用范圍及普及程度，外延器件隨著注入電流密度增大而量子效率下跌的速率越慢，其在中高功率器件的應用范圍越寬，市場潛力就越大；反之，其在中高功率器件的應用范圍就會越窄，甚至失去未來的市場價值。

目前LED業(yè)界對Droop效應的研究結果表明,引起Droop效應的主因是由于電子在阱中分布的不平衡，造成阱中局部區(qū)域因填充了勢能越來越高的電子而溢出阱外，使量子阱內(nèi)量子效率降低，且器件的工作電流密度越高，電子溢出現(xiàn)象越明顯，Droop效應越顯著，而電子溢出的本質(zhì)原因便是載流子在阱中分布不均衡。

為了進一步提高LED器件在中高功率照明芯片上的普及應用，人們提出了很多降低Droop效應的技術方案及方法。例如，通過不斷優(yōu)化P型電子阻擋層，利用不同的Superlattice結構，阻擋電子的溢流，降低量子阱的Droop效應。例如專利號為CN101027792的技術方案中，提出的p型AlInN電子阻擋層，雖然能有效阻擋電子向p型GaN層區(qū)溢流，但仍沒有有效降低器件在大電流密度下的Droop效應，提升內(nèi)量子效率。再如專利申請?zhí)枮?01110082284.x的技術方案中，公開了一種采用AlInN量子壘抑制電子溢流，提高GaN基LED內(nèi)量子效率的LED結構及其制備方法，在通用的InGaN/GaN阱壘基礎上進行改進，在每個量子阱兩側或者一側分別加入比GaN壘帶隙寬度更大的AlInN材料，以提高有效勢壘高度，從而有效抑制量子阱內(nèi)載流子的溢出，達到提高載流子的注入效率及器件內(nèi)量子效率的目的。采用該方法制備的LED外延結構器件，雖能有效降低Droop效應，但由于其在每個量子阱對內(nèi)都引入高勢壘層，會導致其在高電流下，其正向電壓也較高，降低光效。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于解決上述的技術問題，提供一種有效降低器件Droop負效應影響的LED外延結構。

本實用新型的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種LED外延結構，自下而上依次包括：襯底、GaN成核層、GaN緩沖層、n型GaN層、有源層、p型GaN層以及p型接觸層；所述有源層具有由至少兩對MQW發(fā)光層組成，所述MQW發(fā)光層包括由AlGaN/n-GaN交替堆疊組成的超晶格量子壘層及由InGaN構成的量子阱層，所述AlGaN/n-GaN超晶格量子壘層對中Al組分值呈線性平穩(wěn)上升再線性平穩(wěn)下降趨勢，n型雜質(zhì)濃度值呈線性平穩(wěn)上升再線性平穩(wěn)下降趨勢。

優(yōu)選地，所述有源層中自第1對MQW發(fā)光層到第對MQW發(fā)光層時，所述Al組分值及n型雜質(zhì)濃度值的變化趨勢呈線性遞增趨勢；自第對MQW發(fā)光層到第N對MQW發(fā)光層時，所述Al組分值及n型雜質(zhì)濃度值的變化趨勢呈線性遞減趨勢，其中N代表MQW發(fā)光層的總對數(shù)，所述發(fā)光層總對數(shù)為3-40對。

優(yōu)選地，所述超晶格量子壘層中AlGaN/n-GaN交替堆疊的對數(shù)大于1且小于等于100。

優(yōu)選地，所述襯底為藍寶石、碳化硅、硅、鍺、氮化鎵、氮化鋁鎵或氮化鋁。

優(yōu)選地，所述超晶格量子壘層中n-GaN層的n型摻雜雜質(zhì)為Si元素；所述P型GaN層中p型摻雜雜質(zhì)為Mg元素。