[发明专利]一种提高发光效率的GaN基LED外延结构

说明书

本发明公开了一种提高发光效率的GaN基LED外延结构，该外延结构的发光层由势垒层和量子阱层交替构成，其中，势垒层命名为GaN‑Al_xGa_1‑xN‑GaN势垒层，简称GAG势垒层，按生长顺序该势垒层依次由GaN势垒、Al_xGa_1‑xN势垒和GaN势垒构成，Al_xGa_1‑xN势垒中的x沿生长方向从0到0.15再到0渐变。本发明采用GAG势垒结构可以在不增大器件发光层内的极化电场的情况下，有效提高势垒层对发光层中载流子的限制能力，从而达到提高GaN基LED的光电性能的目的。

技术领域

本发明涉及GaN基LED设计应用领域，特别涉及一种提高电子和空穴有效辐射复合速率的外延结构及其生长方法。

背景技术

GaN基LED作为新一代照明光源，被广泛用于背景照明，医疗照明等，是形成白光的重要光源之一，但是随着工业生产的需求，GaN基LED越来越被要求在大电流下进行工作，随之而来的是，GaN基LED工作时出现了较大的效率衰减的现象，严重降低其光电性能，在目前研究中，较大的电子泄漏和较差的空穴注入是造成效率衰减的重要原因。

目前，对于改善载流子的输运，提高其光电效率的主要方法是通过在发光层和p型GaN层之间生长AlGaN电子阻挡层，然而生长AlGaN电子阻挡层虽然能有效提高电子势垒，抑制电子泄漏，但是还会带来空穴势垒的提高，进而造成更差的空穴注入，并不能更好的提升GaN基LED的光电性能。

除了生长AlGaN电子阻挡层以外，业内还提出了通过能带工程，生长不同结构的发光层结构以改善发光层中载流子的输运和分布情况，例如，生长最后一层AlGaN势垒层，这能从一定程度上减少极化效应，降低有效空穴势垒，并提高空穴和电子在最后一个量子阱中的有效辐射复合，但是带来的是发光层中较大的极化电场，从而引起较大的量子斯塔克效应，降低发光层中载流子的有效辐射复合速率。

发明内容

为了有效降低GaN基LED的效率下降问题，本发明提供了一种提高发光效率的GaN基LED外延结构。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种提高发光效率的GaN基LED外延结构的发光层，该发光层由势垒层和量子阱层交替构成，其中，势垒层为GaN- Al_xGa_1-xN -GaN（GAG）势垒层，按生长顺序该势垒层依次由GaN势垒、Al_xGa_1-xN势垒和GaN势垒构成，Al_xGa_1-xN势垒中的x沿生长方向从0到0.15再到0渐变。

较佳的，量子阱层采用In_yGa_1-yN量子阱层，y为0.1~0.3，每一层量子阱层的厚度为2nm。

较佳的，每一层势垒层的厚度为9nm~15nm。

一种提高发光效率的GaN基LED外延结构，该外延结构从下向上的顺序依次包括:衬底、低温成核层GaN、非掺杂u-GaN层、掺杂Si的n-GaN层、上述GAG势垒的发光层、AlGaN电子阻挡层和p-GaN层。

一种提高发光效率的GaN基LED外延结构的发光层的生长方法，采用GAG三角形势垒结构代替传统的GaN势垒结构，包括如下步骤：