[发明专利]提高发光区中载流子分布均匀性的LED外延结构及其生长方法

说明书

本发明公开了一种提高发光区中载流子分布均匀性的LED外延结构及其生长方法，该发光层由势垒层和量子阱层交替形成，其中势垒层采用In组分沿生长方向逐渐提高的In_xGa_1‑xN势垒层。本发明将传统的GaN势垒替换为渐变In组分势垒，极大提升了GaN基LED的光电性能，有效降低了GaN基LED的效率下降。

技术领域

本发明涉及LED设计应用领域，特别涉及一种改善发光区载流子输运和分布的LED外延生长方法及制得的外延层结构。

背景技术

基于GaN基LED高性能，长寿命，环保等特点，其在很多方面将取代传统白炽灯和荧光灯，成为新一代的节能照明光源。但是应生活生产要求，GaN基LED需要在大电流下进行工作，由于其随着工作电流的提高会出现效率衰减的现象，这便导致GaN基LED在大电流工作时会有明显的光电性能下降。

目前，国内外针对效率衰减的研究中提出俄歇复合，极化效应引起的量子限制斯塔克效应（QCSE），电子泄漏，空穴的低迁移率等是导致效率衰减的原因，但是对于造成效率衰减的主要原因，目前并没有明去的说法。所以，一种能有效提高GaN基LED在大电流工作时的光电性能有效方法是降低有源区的电子泄漏，并提高空穴从p侧向有源区的注入。

但是，由于空穴相对于电子具有相对较高的有效质量以及相对较低的迁移率，从p侧注入到发光层的空穴会比从n侧注入的电子少很多，因而出现大量载流子在p侧附近积聚以及电子向p侧泄漏的现象，在p型半导体内部产生非辐射复合，最终导致有源区空穴与电子的辐射复合效率下降，降低了LED的光电性能。因此，需要通过能带工程或者结构设计来改善载流子的输运和对其限制的能力。

目前，国内外采用的主要方法是通过在发光层和p型GaN层之间生长一层AlGaN电子阻挡层等来提高载流子的输运和对载流子的限制能力，但是由于不同材料的晶格系数差异，会使得结构中出现较大的极化效应。另一方面，研究者实施的一些能带工程，如采用In_0.05Ga_0.95N势垒层可以提高GaN基LED的光学性能。阻挡层和阱之间的极化效应减小，可以有效提高载流子的有效辐射复合速率。但是，当采用In_0.05Ga_0.95N势垒时，最后一层势垒和电子阻挡层之间的由于极化效应产生的电子势垒提升对电子泄漏限制有限，而GaN基LED中载流子主要辐射复合区域在发光层p侧附近，因此，采用In_0.05Ga_0.95N仍不能满足GaN基LED在大电流工作下的需求。

发明内容

为了有效降低GaN基LED的效率下降问题，本发明提出了一种高发光区中载流子分布均匀性的LED外延结构及其生长方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种提高发光区中载流子分布均匀性的LED外延结构，发光层由势垒层和量子阱层交替形成，其中势垒层采用In组分沿生长方向逐渐提高的In_xGa_1-xN势垒层。

较佳的，势垒层采用In组分沿生长方向逐渐提高的In_xGa_1-xN势垒层，层数为七层，其中，In组分即x值依次为：0，0至0.02渐变，0.02至0.04渐变，0.04至0.06渐变，0.06至0.08渐变，0.08至0.1渐变，0.1。

较佳的，每一层势垒层的厚度为8nm~15nm。

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，层数为6层。