[發明專利]LED的量子阱結構、其制作方法及包括其的LED外延片

有效

• 申請號: 201410307318.4
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN104064644A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 劉為剛;曾瑩;徐迪;苗振林
• 申請（專利權）人: 湘能華磊光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/12;H01L33/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

技術領域

本發明涉及半導體照明技術領域，具體而言，涉及一種LED的量子阱結構、其制作方法及包括其的LED外延片。

背景技術

發光二極管(LED)作為一種高效、環保和綠色新型固態照明光源，具有體積小、重量輕、壽命長、可靠性高及使用功耗低等優點，使其得以廣泛應用。特別地，隨著LED行業的迅猛發展，綠光LED的應用范圍逐漸擴大，廣泛應用于室內外大型看板、交通信號燈、背光源(電腦、手機顯示屏)、固定式彩色照明系統等各個領域。與綠光有關的LED產品市場份額也在逐年擴大，且市場對綠光LED的性能要求也越來越高。

圖1是現有的GaN基LED外延片的剖面結構示意圖，該LED外延片包括沿遠離襯底10′表面方向上依次設置的GaN成核層20′、u型GaN層30′、n型GaN層40′、量子阱結構50′以及p型GaN層60′，且量子阱結構50′包括沿遠離n型GaN層40′的方向上依次設置的GaN壘層51′、淺量子阱層52′和量子阱發光層53′。其中，淺量子阱層52′包括交替設置的InGaN層和GaN層，量子阱發光層53′也包括交替設置的InGaN層和GaN層，且量子阱發光層53′中的InGaN層中In濃度比淺量子阱層52′中第一InGaN層中In的濃度高。形成該LED外延片的方法通常為：采用MOCVD(金屬有機化合物氣相外延)在襯底10′上外延生長一層GaN成核層20′，然后再生長u型GaN層30′(非摻雜的GaN)，目的是提高后續外延晶體的質量，在此基礎上再依次生長n型GaN、量子阱結構50′和p型GaN，從而形成如圖1所示的LED外延片。

上述LED外延片中，由于量子阱發光層中的InGaN層中In的濃度比淺量子阱層中InGaN層中In的濃度高，使得量子阱發光層對電子和空穴的限制作用明顯大于淺量子阱層對電子和空穴的限制作用，從而使得電子和空穴會在量子阱發光層中發生復合并產生光。然而，InGaN層中In的濃度越高，InGaN層的生長溫度越低，所形成InGaN層中晶格質量越差、缺陷越多。因此，所形成量子阱發光層的晶格質量較差、缺陷較多，從而降低了LED的發光效率。同時，由于量子阱發光層與淺量子阱層和GaN壘層之間的晶格差異(即晶格失配)較大，從而導致量子阱結構中產生較大的內應力、較大的極化效應以及嚴重的電子空穴波函數空間分離現象，并進一步降低了LED的發光效率。

特別是對于綠光LED，綠光LED中的In的濃度(22％～35％)比藍光LED中In的濃度(15％～22％)高得多。因此，綠光LED中InGaN層的生長溫度更低，所形成InGaN層中晶格質量更差；同時綠光LED中量子阱結構中內應力更大、極化效應更大、電子空穴波函數空間分離現象更嚴重，從而使得所形成綠光LED的發光效率更低。

因此，如何減少量子阱發光層中晶格缺陷，以提高量子阱發光層的晶體質量；以及如何降低量子阱發光層和淺量子阱層、GaN壘層和n型GaN層之間由于晶格失配產生的極化效應和電子空穴波函數空間分離現象，以提高電子和空穴的復合效率，進而提高LED的發光效率，成為LED領域中亟需攻克的目標之一。

發明內容

本發明旨在提供一種LED的量子阱結構、其制作方法及包括其的LED外延片，以提高量子阱發光層的晶體質量，并減少量子阱結構中內應力，從而提高電子和空穴的復合效率，并提高LED的發光效率。

為了解決上述問題，本發明提供了一種LED的量子阱結構，該量子阱結構包括：第一GaN壘層，設置于LED中n型GaN層上；第一緩沖層，設置于第一GaN壘層上，第一緩沖層包括交替設置的第一InGaN層和第一GaN層；第二GaN壘層，設置于第一緩沖層上；第二緩沖層，設置于第二GaN壘層上，第二緩沖層包括交替設置的第二InGaN層和第二GaN層；量子阱發光層，設置于第二緩沖層上，量子阱發光層包括交替設置的第三InGaN層和第三GaN層，且第三InGaN層中In的濃度分別大于第二InGaN層中In的濃度和第一InGaN層中In的濃度。

進一步地，上述量子阱結構中，第一InGaN層中In的濃度小于第二InGaN層中In的濃度，第二InGaN層中In的濃度小于第三InGaN層中In的濃度。