[發(fā)明專利]一種含有應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的GaN基量子阱LED外延結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811203117.4
• 申請(qǐng)日: 2018-10-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109244202A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈志剛;盧太平;董海亮;梁建;馬淑芳;賈偉;李天保;許并社
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/06
• 分類號(hào): H01L33/06;H01L33/12;H01L33/32
• 代理公司: 太原晉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳;趙江艷

本發(fā)明提供了一種含有應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的GaN基量子阱LED外延結(jié)構(gòu)，包括由下而上設(shè)置的藍(lán)寶石襯底層、GaN低溫形核層、U?GaN層、N?GaN層、含有應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的InGaN/GaN量子阱有源區(qū)、電子阻擋層和P?GaN層，所述含有應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的InGaN/GaN量子阱有源區(qū)包括底壘層、頂壘層、位于底壘層和頂壘層之間的多個(gè)InGaN量子阱層和設(shè)置在各個(gè)InGaN量子阱層之間的中間壘層，所述中間壘層包括應(yīng)變補(bǔ)償層，所述應(yīng)變補(bǔ)償層為晶格常數(shù)小于GaN的壘層。本發(fā)明通過(guò)在InGaN/GaN量子阱LED外延結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，帶來(lái)如下有益效果：消除了InGaN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變積累，提高了GaN基量子阱LED的內(nèi)量子效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子材料領(lǐng)域，特別涉及一種含有應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的GaN基量子阱LED外延結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

GaN基LED被稱為第四代照明光源，具有能耗低、壽命長(zhǎng)、體積小、亮度高等優(yōu)點(diǎn)，自GaN基LED被發(fā)明以來(lái)，很快替代了傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈等照明光源，為照明產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了一場(chǎng)全球范圍的技術(shù)革命。

GaN基LED的成功始于GaN材料的成功制備。1989年，中村修二利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(MOCVD)，采用兩步法生長(zhǎng)方法，在藍(lán)寶石襯底上首先低溫生長(zhǎng)了一層GaN形核層，然后高溫生長(zhǎng)出了高質(zhì)量的GaN單晶材料。類似的，天野浩與赤崎勇兩位科學(xué)家采用AlN作為低溫形核層，生長(zhǎng)出了高質(zhì)量的GaN單晶材料。在解決了GaN材料的制備問(wèn)題后，研究人員還面臨著空穴導(dǎo)電性差的問(wèn)題。天野浩與赤崎勇兩位科學(xué)家采用電子束輻照來(lái)激活GaN中摻雜的Mg原子，形成了具有高空穴濃度的P型GaN材料。而中村修二則采用了一種更為實(shí)用的技術(shù)方案，在氮?dú)鈿夥障聦?duì)摻雜了Mg原子的GaN材料進(jìn)行高溫退火，成功激活了其中的Mg原子。

在解決了GaN材料與P型GaN材料制備的技術(shù)難題之后，中村修二等人很快成功研制出了高亮度的異質(zhì)結(jié)藍(lán)光LED。至此，GaN基LED制備所面臨的幾個(gè)重要瓶頸獲得突破，經(jīng)過(guò)若干年的發(fā)展，GaN基藍(lán)光LED激發(fā)黃光熒光粉所形成的白光LED獲得了照明市場(chǎng)的普遍認(rèn)可，成為繼明火、白熾燈、熒光燈之后的第四代照明光源。中村修二等三位科學(xué)家也因?yàn)榘l(fā)明GaN基LED獲得了2014年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

GaN基LED雖然獲得了巨大的成功，但I(xiàn)nGaN/GaN量子阱有源區(qū)本身的固有性質(zhì)卻限制了GaN基LED的進(jìn)一步發(fā)展。在GaN基量子阱LED中，往往采用多周期InGaN/GaN量子阱作為L(zhǎng)ED的有源區(qū)，以提高LED的亮度。然而，隨著周期數(shù)的增加，InGaN/GaN多量子阱的內(nèi)應(yīng)力也隨之增加，當(dāng)應(yīng)力提高到一定程度，使多量子阱超過(guò)臨界厚度，InGaN阱層開(kāi)始通過(guò)產(chǎn)生大量缺陷或改變生長(zhǎng)模式來(lái)釋放引力，這種現(xiàn)象被稱為應(yīng)變積累效應(yīng)。由于應(yīng)變積累效應(yīng)所導(dǎo)致的大量缺陷作為非輻射復(fù)合中心，會(huì)嚴(yán)重影響量子阱有源區(qū)的發(fā)光效率。生長(zhǎng)模式轉(zhuǎn)變會(huì)使二維生長(zhǎng)的InGaN量子阱轉(zhuǎn)變?yōu)槿S生長(zhǎng)的量子點(diǎn)，量子點(diǎn)雖然有利于提高內(nèi)量子效率，但在一個(gè)量子阱發(fā)光為主的體系中，最上層InGaN層轉(zhuǎn)變?yōu)榱孔狱c(diǎn)對(duì)LED的整體發(fā)光效率是不利的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問(wèn)題為：提供一種含有應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的GaN基量子阱LED外延結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中InGaN/GaN多量子阱的應(yīng)變積累問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種含有應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的GaN基量子阱LED外延結(jié)構(gòu)，包括由下而上依次設(shè)置的藍(lán)寶石襯底層、GaN低溫形核層、U-GaN層、N-GaN層、含有應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的InGaN/GaN量子阱有源區(qū)、電子阻擋層和P-GaN層，其中，所述含有應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的InGaN/GaN量子阱有源區(qū)包括底壘層、頂壘層、位于底壘層和頂壘層之間的多個(gè)InGaN量子阱層和設(shè)置在各個(gè)InGaN量子阱層之間的中間壘層，所述中間壘層包括應(yīng)變補(bǔ)償層，所述應(yīng)變補(bǔ)償層為晶格常數(shù)小于GaN的壘層。

所述中間壘層還包括緊鄰所述應(yīng)變補(bǔ)償層并分別位于其上方和下方的GaN上壘層和GaN下壘層。