[发明专利]一种含有应变补偿结构的GaN基量子阱LED外延结构

说明书

本发明提供了一种含有应变补偿结构的GaN基量子阱LED外延结构，包括由下而上设置的蓝宝石衬底层、GaN低温形核层、U‑GaN层、N‑GaN层、含有应变补偿结构的InGaN/GaN量子阱有源区、电子阻挡层和P‑GaN层，所述含有应变补偿结构的InGaN/GaN量子阱有源区包括底垒层、顶垒层、位于底垒层和顶垒层之间的多个InGaN量子阱层和设置在各个InGaN量子阱层之间的中间垒层，所述中间垒层包括应变补偿层，所述应变补偿层为晶格常数小于GaN的垒层。本发明通过在InGaN/GaN量子阱LED外延结构中引入应变补偿结构，带来如下有益效果：消除了InGaN/GaN多量子阱结构中的应变积累，提高了GaN基量子阱LED的内量子效率。

技术领域

本发明属于半导体光电子材料领域，特别涉及一种含有应变补偿结构的GaN基量子阱LED外延结构。

背景技术

GaN基LED被称为第四代照明光源，具有能耗低、寿命长、体积小、亮度高等优点，自GaN基LED被发明以来，很快替代了传统的白炽灯、荧光灯等照明光源，为照明产业带来了一场全球范围的技术革命。

GaN基LED的成功始于GaN材料的成功制备。1989年，中村修二利用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)，采用两步法生长方法，在蓝宝石衬底上首先低温生长了一层GaN形核层，然后高温生长出了高质量的GaN单晶材料。类似的，天野浩与赤崎勇两位科学家采用AlN作为低温形核层，生长出了高质量的GaN单晶材料。在解决了GaN材料的制备问题后，研究人员还面临着空穴导电性差的问题。天野浩与赤崎勇两位科学家采用电子束辐照来激活GaN中掺杂的Mg原子，形成了具有高空穴浓度的P型GaN材料。而中村修二则采用了一种更为实用的技术方案，在氮气气氛下对掺杂了Mg原子的GaN材料进行高温退火，成功激活了其中的Mg原子。

在解决了GaN材料与P型GaN材料制备的技术难题之后，中村修二等人很快成功研制出了高亮度的异质结蓝光LED。至此，GaN基LED制备所面临的几个重要瓶颈获得突破，经过若干年的发展，GaN基蓝光LED激发黄光荧光粉所形成的白光LED获得了照明市场的普遍认可，成为继明火、白炽灯、荧光灯之后的第四代照明光源。中村修二等三位科学家也因为发明GaN基LED获得了2014年的诺贝尔物理学奖。

GaN基LED虽然获得了巨大的成功，但InGaN/GaN量子阱有源区本身的固有性质却限制了GaN基LED的进一步发展。在GaN基量子阱LED中，往往采用多周期InGaN/GaN量子阱作为LED的有源区，以提高LED的亮度。然而，随着周期数的增加，InGaN/GaN多量子阱的内应力也随之增加，当应力提高到一定程度，使多量子阱超过临界厚度，InGaN阱层开始通过产生大量缺陷或改变生长模式来释放引力，这种现象被称为应变积累效应。由于应变积累效应所导致的大量缺陷作为非辐射复合中心，会严重影响量子阱有源区的发光效率。生长模式转变会使二维生长的InGaN量子阱转变为三维生长的量子点，量子点虽然有利于提高内量子效率，但在一个量子阱发光为主的体系中，最上层InGaN层转变为量子点对LED的整体发光效率是不利的。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种含有应变补偿结构的GaN基量子阱LED外延结构，以解决现有技术中InGaN/GaN多量子阱的应变积累问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种含有应变补偿结构的GaN基量子阱LED外延结构，包括由下而上依次设置的蓝宝石衬底层、GaN低温形核层、U-GaN层、N-GaN层、含有应变补偿结构的InGaN/GaN量子阱有源区、电子阻挡层和P-GaN层，其中，所述含有应变补偿结构的InGaN/GaN量子阱有源区包括底垒层、顶垒层、位于底垒层和顶垒层之间的多个InGaN量子阱层和设置在各个InGaN量子阱层之间的中间垒层，所述中间垒层包括应变补偿层，所述应变补偿层为晶格常数小于GaN的垒层。

所述中间垒层还包括紧邻所述应变补偿层并分别位于其上方和下方的GaN上垒层和GaN下垒层。