[发明专利]一种发光二极管外延材料结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)领域，特别涉及一种新量子阱结构的LED外延材料结构。

背景技术

以GaN为代表的宽禁带材料，是继Si和GaAs之后的第三代半导体。由于外延技术的突破，在上个世纪九十年代期间有快速的发展。在近二十年的时间内，GaN半导体照明已变成全球性研究发展课题，而GaN市场中LED又占了主要份额。

我们目前通常在C面蓝宝石衬底上外延GaN基LED，得到的是c面GaN，III-V族氮化物材料的空间结构不具有空间中心反演对称，并且V族元素的原子和N原子的电负性相差很大，因此沿GaN的<0001>方向具有很强的极性。这一极化效应将产生强度较高的内建电场，并且使正负载流子在空间上分离，这样导致发光波长红移，更严重的后果是电子和空穴波函数交叠变少，材料的发光效率大大降低。

对于四元系LED来说，发展相对成熟很多，但是在量子阱结构方面，仍有很大的发展空间，同样需要对量子阱发光效率进行提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是克服上述问题，提出一种新量子阱结构的LED外延材料结构，以提高LED发光效率。

为了解决上述问题，本发明提供一种LED外延材料结构，包括多量子阱有源层，所述多量子阱有源层包括一个或多个基本周期性结构，所述基本周期性结构包括相邻的宽阱和宽垒，所述宽阱包括第一耦合阱和第二耦合阱，所述第一耦合阱和第二耦合阱均为窄阱，所述第一耦合阱和第二耦合阱之间有共同的窄垒以实现电子和空穴的隧穿耦合。

优选地，本发明还可具有以下特点：

所述LED外延材料结构为GaN基LED外延材料结构，所述GaN基LED外延材料结构还包括衬底、成核层、不掺杂的氮化物缓冲层、N型电子注入层和P型空穴注入层；所述多量子阱有源层位于所述N型电子注入层和所述P型空穴注入层之间。

优选地，本发明还可具有以下特点：

所述宽垒和窄垒的材料为In_xGa_1-xN，所述第一耦合阱和第二耦合阱的材料为In_yGa_1-yN；其中，0≤x≤0.05，0＜y＜0.25，x＜y。

优选地，本发明还可具有以下特点：

所述宽垒的厚度为10nm～30nm，所述窄垒的厚度为1.5nm～8nm，所述第一耦合阱和第二耦合阱的厚度为1nm～4nm。

优选地，本发明还可具有以下特点：

所述多量子阱结构有源层包括1～20个所述基本周期性结构。

优选地，本发明还可具有以下特点：

所述LED外延材料结构为四元系AlGaInP基LED外延材料结构，所述四元系AlGaInP基LED外延材料结构还包括衬底、GaAs缓冲层、分布式布拉格反射层、N型电子注入层、P型空穴注入层和窗口层；所述多量子阱有源层位于所述N型电子注入层和所述P型空穴注入层之间。

优选地，本发明还可具有以下特点：

所述宽垒的材料为(Al_xGa_1-x)_1-yIn_yP，所述窄垒的材料为(Al_x1Ga_1-x1)_1-y1In_y1P，所述第一耦合阱和第二耦合阱的材料为(Al_x2Ga_1-x2)_1-y2In_y2P，

其中0.5≤x≤1，0.4≤y≤0.6，0.5≤x1≤1，0.4≤y1≤0.6，0≤x2≤0.4，0.4≤y2≤0.6。

优选地，本发明还可具有以下特点：

所述宽垒的厚度为7nm～30nm，所述窄垒厚度为1nm～4nm，所述第一耦合阱和第二耦合阱厚度为3nm～10nm。

优选地，本发明还可具有以下特点：

所述多量子阱结构有源层包括5～40个所述基本周期性结构。

本发明采用调控量子阱结构和量子阱有源区结构结合，通过能带工程，在量子阱有源区增大了电子和空穴波函数的交叠，并且由于调控量子阱区的电子隧穿进入有源区量子阱，提高了电子浓度，进一步提高了LED的内量子发光效率。

附图说明

图1为本发明实施例的多量子阱有源层的宽窄阱复合结构示意图；