[发明专利]一种具有抑制极化效应垒层蓝光LED外延结构

说明书

一种具有抑制极化效应垒层蓝光LED外延结构，涉及发光二极管技术领域。本发明从下至上依次包括衬底、AlN缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、浅量子阱层、有源区、电子阻挡层和P型GaN层。所述浅量子阱层与有源区之间插入抑制极化效应垒层，所述抑制极化效应垒层从下至上包括Al_xGa_1‑xN层和SiN层。本发明通过在现有外延结构中插入一种新型垒层，释放应力、抑制极化、降低缺陷密度从而提高辐射复合几率，降低极化效应，以达到增强LED内量子效率的目的。

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，特别是具有抑制极化效应垒层蓝光LED的外延结构及生长方法。

背景技术

随着蓝光GaN基LED应用越来越广泛，人们对蓝光GaN基LED的亮度更加关注，近几年LED研究学者通过调整图形化衬底规格、提高注入电流扩展、抑制极化效应、改善晶体质量、提高空穴掺杂浓度等来获得高亮度的外延片。

由于传统蓝光GaN基LED外延结构及生长方法中蓝宝石衬底与GaN材料存在晶格失配，产生自发极化和压电极化导致量子阱中的电子和空穴的波函数产生空间分离，从而降低电子空穴的复合几率。而且导致能带产生了严重的弯曲，能带弯曲降低量子阱对载流子的限制能力，从而产生较大的漏电流。

传统的蓝光GaN基LED外延结构及生长方法参看图1，从下到上依次为：图形化衬底1、AlN缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、浅量子阱层5、有源层6、P型Al_xGa_1-xN电子阻挡层7、P型GaN层8。为了克服以上缺点，很多研究学者研发出很多结构以降低极化。例如：InGaN、AlInN、Al_xGa_1-xN或者AlGaInN作为量子垒层，以及调整量子阱中阱和垒层厚度、量子阱数量、量子阱垒层掺杂等。限制载流子的溢流，提高空穴均匀分布的能力，即提高波函数的复合几率，但效果有限。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有释放应力，抑制极化效应垒层LED外延结构及生长方法。通过在现有外延结构中插入一种新型垒层，释放应力、抑制极化、降低缺陷密度从而提高辐射复合几率，降低极化效应，以达到增强LED内量子效率的目的。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种具有抑制极化效应垒层蓝光LED外延结构，它从下至上依次包括衬底、AlN缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、浅量子阱层、有源区、电子阻挡层和P型GaN层，所述浅量子阱层与有源区之间插入抑制极化效应垒层，所述抑制极化效应垒层从下至上包括Al_xGa_1-xN层和SiN层。

在生长蓝光LED外延结构中，生长所述抑制极化效应垒层时，Al_xGa_1-xN层与SiN层交替生长，生长周期为2~20个周期。

在生长蓝光LED外延结构中，所述抑制极化效应垒层在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长，Al_xGa_1-xN层的厚度随着周期数目的增加，逐渐增厚，AlGaN层平衡量子阱的应力，减缓应力和极化效应，可以使电子和空穴更好的复合，提高亮度。SiN层的厚度随着周期数目的增加，逐渐减薄，SiN层改善晶体质量，可以提高产品的电性。超晶格生长使两种材料有效地结合。

在上述蓝光LED外延结构中，所述抑制极化效应垒层中Al_xGa_1-xN层的生长温度为600-900℃， Al组分为0<x<1，厚度为5-150nm，生长压力300-700mbar；SiN层的生长温度为600-900℃，生长厚度为1-50nm，生长压力300-700mbar。

在上述蓝光LED外延结构中，生长所述抑制极化效应垒层使用衬底为图形化蓝宝石衬底、平衬底、非极性衬底、Si衬底或SiC衬底。