[發明專利]一種具有新型量子阱結構的LED及其制作方法

有效

• 申請號: 201410207376.X
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN103985798B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 羅長得;葉國光;林振賢;劉洋
• 申請（專利權）人: 廣東德力光電有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種具有新型量子阱結構的LED，包括襯底和在襯底上形成的外延層結構，其特征在于：所述的外延層結構包括有發光層多量子阱，發光層多量子阱的阱層和壘層均由單一組分InGaN、漸變形組分InGaN、臺階形組分InGaN、凹形組分InGaN、凸形組分InGaN、δ型組分InGaN中的一種或多種組合而成，其中混合量子阱中的In含量，Al含量通過改變In源流量、Al源流量、生長溫度和生長壓力等參數來實現。本發明所提供的LED結構，改善了GaN基LED量子阱中的極化效應，增大了電子與空穴的波函數交疊，從而提升LED的內量子效率，減弱LED在高電流下的efficient droop效應。

技術領域

本發明涉及一種新型LED的生產技術，具體的說是一種新型LED量子阱結構及其制作方法。

背景技術

Ⅲ族氮化物半導體近年來被大量研究，因其優異的材料特性成為目前主流材料之一，被廣泛地應用于發光二極管（LED）、半導體激光器、太陽能電池等方面。Ⅲ族氮化物半導體 LED是21 世紀最具發展前景的高技術照明光源。作為新型高效固體光源，其具有節能、環保等顯著優點，將是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈、高壓氣體放電燈的又一次飛躍。然而隨著正向電流的逐漸增大，LED 的量子效率大幅下降，即通常所指的efficiency droop現象，量子效率下降嚴重阻礙了 LED 在大功率器件方面的進一步發展。長期以來，很多學者和研究組對此現象進行了大量研究，提出了一系列的影響機制，包括：電子泄露、空穴注入效率、極化場、俄歇復合、熱效應、位錯密度、局域態填充效應和量子限制斯塔克效應。

截至目前，仍沒有很有效的方法解決此問題，由于 GaN 薄膜通常是沿著其極性軸c 軸方向生長，GaN 及其合金在〈0001〉方向具有很強的自發極化和壓電極化。這種極化效應在氮化物外延層中產生較高強度的內建電場，引起能帶彎曲、傾斜，使電子和空穴在空間上分離，減少了電子波函數與空穴波函數的重疊，降低輻射復合效率，使材料的發光效率大大降低，故極化效應是主要的影響機制之一，另一方面由于電子具有較小的有效質量和較高的遷移率，電子可以輕易的越過電子阻擋層所形成的勢壘，到達p 區和空穴發生復合，減小了空穴濃度和注入效率。而空穴具有較大的有效質量和很低的遷移率，電子阻擋層和量子阱壘層也對空穴的注入和傳輸起到的阻礙作用，在 GaN 基材料中，由于 Mg 摻雜劑具有較高的激活能，很難得到較高自由空穴濃度和遷移率的外延片，這樣空穴的注入效率就會大大降低。綜上所述 電子溢出至 p 區和較低的空穴注入效率也是主要影響機制之一。

在此背景下，只有優化量子阱的結構，匹配阱層與壘層晶格常數，降低極化效應，才能增大阱層電子波函數與空穴波函數的重疊，增強空穴在量子阱的遷移率和減弱電子在量子阱中的遷移率，并使得在不同量子阱中能均勻發光。

發明內容

針對現有技術的困難，本發明提供一種具有新型LED量子阱結構的GaN基發光二極管及其制作方法，該發光二極管不僅能夠提高器件的發光效率，而且能夠改善器件在大電流下的efficient droop現象。

本發明的技術方案為：一種具有新型量子阱結構的LED，包括襯底和在襯底上形成的外延層結構，其特征在于：所述的外延層結構包括有發光層多量子阱，發光層多量子阱的阱層和壘層均由單一組分InGaN、漸變形組分InGaN、臺階形組分InGaN、凹形組分InGaN、凸形組分InGaN、δ型組分InGaN中的一種或多種組合而成。

所述的外延層結構包括依次生長的第一緩沖層、本征GaN緩沖層、Si摻雜的n型GaN層、發光層多量子阱、第一p型GaN層、p型電子阻擋層和鎂摻雜P型GaN層，其中第一緩沖層為GaN或AlN緩沖層，p型電子阻擋層為p型鎂摻雜AlGaN層或超晶格層，n型GaN層上設有N型電極，p型GaN層上設有P型電極。

所述的發光層多量子阱中，量子的個數包括2—30個，阱層厚度為1-4nm，壘層厚度為3-30nm。