[发明专利]一种GaN基LED外延结构

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体发光器件的外延生长技术领域，特别涉及一种GaN基LED外延结构。

背景技术

GaN基发光二极管（LED）是氮化物半导体发光器件中的典型代表，GaN基LED可以发出蓝光，与YAG黄光荧光粉一起封装就能混合发出白光。照明产业离不开白光源，而且LED又具有安全、高效、节能等诸多优点，是新一代的固体照明光源，所以最近十年的LED产业和相关技术发展很迅速，目前GaN基LED的产业和前沿技术的工作是热点内容。

外延结构的设计和生长是 LED的前沿关键技术，特别是大功率大电流下的GaN基LED器件的结构设计和生长技术。传统的GaN基LED外延结构，一般是在蓝宝石衬底上依次生长成核层、未掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱发光、AlGaN阻档层和p型GaN层。由于传统的LED结构只采用单一的AlGaN电子阻档层，所以对电子的阻档能力不足，造成电子泄露明显，引起LED器件内部电子空穴的有效辐射复合率低，从而致使LED内量子效率和光输出效率不高。

目前LED器件的ESD（ElectroStatic discharge，静电放电）防护的主要方法是通过提高LED外延结构的质量，并在LED外延结构中加入齐纳二极管或增加电流扩展层来实现。比如中国发明专利公开说明书CN101335313(公开日2008年12月31日)公开了一种LED结构的n型氮化物层中间插入不掺杂的氮化物层、或者在 n 型氮化物层和发光层之间插入不掺杂的氮化物层，其所形成的新LED外延结构就相当于增加了一个电容，从而提高ESD的防护性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种GaN基LED外延结构，该结构可以提高LED 的发光效率和增强ESD的防护能力。

为解决上述技术问题，本发明的GaN基LED外延结构，自下而上包括 ：GaN成核层、未掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱发光层、电子阻档层和p型GaN层，所述电子阻档层是由Al_xGa_1-xN层、多周期GaN/In_yGa_1-yN超晶格结构层和Al_zGa_1-zN层(简称为A-SL-A层)构成；其中, 0<x≤0.8, 0<y≤0.2, 0<z≤0.5。

本发明的关键特点之一是在多量子阱发光层与p型GaN层之间插入了A-SL-A结构的电子阻档层。所述电子阻档层的结构是Al_xGa_1-xN层生长在LED外延结构的发光层之上，接着生长多周期的GaN/In_yGa_1-yN超晶格结构层，最后生长Al_zGa_1-zN层。所述电子阻档层的多周期GaN/In_yGa_1-yN超晶格结构层，其周期数在2至15之间，而超晶格结构中GaN和In_yGa_1-yN材料厚度都在1nm至6nm之间。所述电子阻档层中的Al_xGa_1-xN层和Al_zGa_1-zN层的最大厚度都不超过20nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在多量子阱发光层与p型GaN层之间插入了A-SL-A结构的电子阻档层，能够有效把电子限制在发光层中，增强发光区电子与空穴的辐射复合的几率，进而提高LED的发光效率。另一方面，A-SL-A结构的电子阻档层加入到LED外延结构中，就相当于在LED结构中增加了多个电容，能使LED有更好的抗ESD能力。

附图说明

图1为本发明GaN基LED外延结构的示意图；

图2为本发明GaN基LED外延结构中的电子阻档层示意图；

图3为实例中新型GaN基LED外延结构中实施例的工作电流与内量子发光效率结果图。

图4为实例中新型GaN基LED外延结构中实施例的工作电流与光输出功率结果图。