[发明专利]一种具有倾斜量子阱结构的氮化镓半导体发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及涉及氮化镓半导体外延设计与生长领域，具体是通过能带工程设计和量子阱结构的优化来促使阱内电子和空穴的波函数重叠，从而实现氮化镓半导体发光二极管量子效率和发光效率的提升。 

背景技术

蓝宝石衬底C面上生长的氮化镓半导体发光二极管，由于C面极化效应的存在，导致量子阱内存在一个极化势场，使得导带和价带在阱内发生倾斜，电子和空穴在空间上分离。它将产生两个不利的影响：一是使量子阱的发射波长红移，二是降低阱内辐射复合的效率。前者使得波长不易控制，后者将降低发光二极管的发光效率。     

具体言之，通常的氮化镓半导体发光二极管，导带的最高点与价带的最低点，在极化势场的作用之下，是分离开的。据费米狄拉克分布的描述，电子倾向于填充导带之最低点，空穴倾向于填充价带之最高点，致使大部分电子和空穴，在空间上是分别聚集于阱的两端。从量子力学的角度描述，这导致所谓的电子和空穴的波函数在阱内分离，而波函数之共轭积，体现的是某处电子或空穴出现之几率。据费米黄金定则之描述，这将导致跃迁几率的下降，辐射复合几率的减少。

如附图1所示即为极化和非极化情况下单量子阱的能带结构示意图。1为量子阱的垒层结构，2为非极化条件下量子阱阱层结构，4和5则分别为非极化条件下，电子和空穴的波函数。非极化条件下，电子和空穴的波函数对称分布。3为极化条件下量子阱阱层结构，6和7则分别为极化条间下，电子和空穴的波函数。极化条件下，电子和空穴的波函数分离。 

发明内容

本发明的目的在于通过量子阱结构的优化，来减少极化效应带来的电子和空穴的分离，从而，实现辐射复合效率的提升。 

本发明的技术方案为：一种具有倾斜量子阱结构的氮化镓半导体发光二极管，该发光二极管外延结构从下向上依次为：一层低温氮化镓层、一层N型氮化镓层、数对铟镓氮和氮化镓的量子阱结构、一层铝镓氮电子阻挡层、一层P型氮化镓层、一层P型氮化镓盖层；所述铟镓氮量子阱内铟组分从靠近N型的垒层往靠近P型的垒层之方向，铟的组分是逐渐递减的。所述铟的组分递减具有多种不同的方式，包括线性的递减、抛物线型的递减、台阶式的递减，及其它形式的递减。所述铟的组分递减，是可以通过外延技术手段来实现的，如阱内生长温度的调节，三甲基铟流量，流速及压力的调节等，但不局限于某种特定的方法。 

本发明的优点在于： 利用量子阱铟组份的梯度设计来抵消极化效应导致的能带倾斜，从而抑制空穴和电子在空间上的分离，提高电子、空穴的辐射复合几率，及内量子效率。 

附图说明

图1为极化和非极化情况下单量子阱能带图； 

图2为本发明所述倾斜量子阱氮化镓半导体发光二极管示意图；

图3为本发明中所述倾斜量子阱结构示意图；

图4为MOCVD生长本发明所述量子阱的温度及TMIn流量控制示意图。

具体实施方式

一种具有倾斜量子阱结构的氮化镓半导体发光二极管，通过量子阱中铟镓氮组分的优化与设计，来改善极化效应导致的电子空穴空间上分离的问题，从而实现量子效率的提升。