[发明专利]一种绿光GaN基LED外延结构

说明书

技术领域

本发明涉及LED外延生长技术领域，特别是LED外延生长中量子阱的生长方法。

背景技术

辐射复合效率是外延生长工艺影响亮度的关键点，影响它的因素较多，如量子限制效应，极化效应，缺陷和杂质导致的深能级，这些都会使辐射复合效率下降。而由于绿光外延生长工艺中的量子阱InGaN材料中需要更高的In组分（20%～35%），这比蓝光阱中的In组分（10%～20%）要高得多，这也就意味着在绿光阱生长过程中需要更低的生长温度，这会导致生产出更差的晶格质量，会使其性能下降。另外，在绿光阱的生长过程中，阱与垒具有更大的晶格差异，这会导致更严重的晶格失配，更严重的极化效应，更严重的电子空穴波函数空间分离现象。所以绿光LED与蓝光LED相比，其辐射复合效率会下降。

而如何改善上述因素也是人们探究高亮度绿光LED的突破口，如何减少垒与阱之间的应力场、极化电场，如何获得高In组分又高质量的绿光多量子阱，一直是领域内的研究主题。

发明内容

本发明目的是提出一种可减少垒与阱之间的应力场、极化电场，获得高In组分又高质量的绿光多量子阱的GaN基LED外延结构。

本发明包括在石衬底上依次生长的GaN成核层、非掺杂GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源层和p型GaN层，其特征在于所述InGaN/GaN多量子阱有源层由GaN垒层、第一In组分渐变式Graded well缓冲层、InGaN量子阱层、第二In组分渐变式Graded well缓冲层和变温GaN过渡层组成，所述GaN垒层生长在n型GaN层上，第一In组分渐变式Graded well缓冲层生长在GaN垒层上，InGaN量子阱层生长在第一In组分渐变式Graded well缓冲层上，第二In组分渐变式shallow well缓冲层生长在InGaN量子阱层上，变温GaN过渡层生长在第二In组分渐变式shallow well缓冲层上。

本发明的特点是在垒与量子阱、量子阱与变温生长GaN过渡层之间分别生长In组分渐变式缓冲层Graded well的制造技术。

采用本发明生长的氮化物外延片用标准芯片工艺制成10mil*12mil的520nm的绿光芯片在20mA下的亮度从600mcd上升到850mcd，封装后亮度从4.9lm上升到6.2lm，外量子效率从21%上升到30%，实现高亮度的绿光GaN基LED。可见，本发明可以减少垒与阱之间的应力场、极化电场，高In组分又高质量的绿光多量子阱，为提高GaN基绿光LED的高亮度作出了贡献。

附图说明

图1是本发明所述氮化物LED外延结构的一种示意图。

图2为具有缓冲层Graded well与无缓冲层Graded well的10mil*12mil封装后亮度、电压的对比图。

图3为本发明中GaN基绿光LED 高分辨率X射线Omega-2Theta衍射图像。

具体实施方式

如图1所示，1为蓝宝石衬底，2为GaN成核层，3为非掺杂GaN层，4为n型GaN层，5a为GaN垒层，5b为缓冲层1 Graded well，5c为InGaN量子阱层，5d为缓冲层2 shallow well，5e为变温GaN过渡层，6为p型GaN层。

由图可见，在石衬底1上依次生长有GaN成核层2、非掺杂GaN层3、n型GaN层4、GaN垒层5a、第一In组分渐变式Graded well、缓冲层5b、InGaN量子阱层5c、第二In组分渐变式shallow well缓冲层5d、变温GaN过渡层5e和p型GaN层6。

图2为具有缓冲层Graded well与无缓冲层Graded well的10mil*12mil封装后亮度、电压对比图。

由图2可以看出，带有Grade well缓冲层的LED的亮度相对于传统LED有了大幅度的提高，而且，电压几乎没有变化。在大电流下的droop效应也得到了改善。

图3为本发明中GaN基绿光LED 高分辨率X射线Omega-2Theta衍射图像。

由图3可以看出，本发明中GaN基绿光LED的MQW晶格质量很好，可以看到第六级卫星峰。