[发明专利]LED外延片及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种可应用于高功率的器件上，且能保持器件高光效值的LED外延片。

背景技术

目前，商业化LED外延片垒晶多采用MOCVD方式制成。由于GaN材料具有宽带隙，高电子迁移率，高热导率，高硬度，高稳定的化学性质，较小的介电常数和耐高温等一系列优点，故其在商业化高亮度发光二极管及半导体激光器中有着广泛的实际应用价值和巨大的市场潜力。现有的被广泛应用于实际生产中的GaN基LED外延结构一般包括：低温GaN缓冲层，高温GaN缓冲层，n型掺杂GaN层，MQW有源层，p型AlGaN电子阻挡层，p型掺杂GaN层，p型GaN接触层构成。其中，MQW有源层为GaN基LED外延层中的发光层，其晶格质量的好坏和结构设计差异直接决定了该外延层的光电特性。

随着LED在背光及照明市场渗透率的逐年上升，中高功率器件的应用需求明显增高。传统的LED外延结构中，通常采用InGaN/GaN(量子阱/量子垒)的MQW有源发光层结构，InGaN/GaN基阱垒结构，当注入的电流密度较大时,LED的量子效率随注入电流密度增大而下降的现象被称为Droop效应。Droop效应的好坏直接决定LED外延器件在中高功率器件端的应用范围及普及程度，外延器件随着注入电流密度增大而量子效率下跌的速率越慢，其在中高功率器件的应用范围越宽，市场潜力就越大；反之，其在中高功率器件的应用范围就会越窄，甚至失去未来的市场价值。

目前LED业界对Droop效应的研究结果表明,引起Droop效应的主因是由于电子在阱中分布的不平衡，造成阱中局部区域因填充了势能越来越高的电子而溢出阱外，使量子阱内量子效率降低，且器件的工作电流密度越高，电子溢出现象越明显，Droop效应越显著，而电子溢出的本质原因便是载流子在阱中分布不均衡。

为了进一步提高LED器件在中高功率照明芯片上的普及应用，人们提出了很多降低Droop效应的技术方案及方法。例如，通过不断优化P型电子阻挡层，利用不同的Superlattice结构，阻挡电子的溢流，降低量子阱的Droop效应。例如专利号为CN101027792的技术方案中，提出的p型AlInN电子阻挡层，虽然能有效阻挡电子向p型GaN层区溢流，但仍没有有效降低器件在大电流密度下的Droop效应，提升内量子效率。再如专利申请号为201110082284.x的技术方案中，公开了一种采用AlInN量子垒抑制电子溢流，提高GaN基LED内量子效率的LED结构及其制备方法，在通用的InGaN/GaN阱垒基础上进行改进，在每个量子阱两侧或者一侧分别加入比GaN垒带隙宽度更大的AlInN材料，以提高有效势垒高度，从而有效抑制量子阱内载流子的溢出，达到提高载流子的注入效率及器件内量子效率的目的。采用该方法制备的LED外延结构器件，虽能有效降低Droop效应，但由于其在每个量子阱对内都引入高势垒层，会导致其在高电流下，其正向电压也较高，降低光效。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种有效降低器件Droop负效应影响的LED外延片。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：