[发明专利]应用MQW生长的绿光GaN基LED外延结构

说明书

技术领域

本发明涉及LED外延生产技术领域，特别是GaN基绿光LED的生长技术。

背景技术

绿光LED已经在市场上悄然兴起，应用范围广泛，包括室内外大型看板、交通信号灯、背光源（电脑、手机显示屏）、便携式照明系统、固定式彩色照明系统、光学存取系统等各个领域。与绿光有关的产品市场份额也在逐年扩大，市场对绿光LED性能的要求也越来越高。如何获得高亮度、高抗静电能力的绿光LED成为现在研究的热点。衡量其综合性能的最重要的标准之一即为LED的外量子效率（EQE）。外量子效率是单位时间内发射到外部的光子数与单位时间内注入的电子-空穴对数之比。外量子效率由以下三个参数来决定。

注入效率：注入到有源区的电流（产生电子-空穴对）与总电流之比，一般用ηinj表示。

辐射复合效率：辐射复合率与总复合率（包括辐射复合和非辐射复合）的比值，一般用ηr表示。

提取效率：单位时间内发射到外部的光子数与单位时间内产生的光子数之比。

其中的辐射复合效率是外延生长工艺影响亮度的关键点，影响它的因素较多，如量子限制效应、极化效应、缺陷和杂质导致的深能级，这些都会使辐射复合效率下降。而由于绿光外延生长工艺中的量子阱InGaN材料中需要更高的In组分（20%～35%），这比蓝光阱中的In组分（10%～20%）要高得多。这也就意味着在绿光阱生长过程中需要更低的生长温度，这会导致更差的晶格质量，会使其性能下降；在绿光阱的生长过程中，阱与垒具有更大的晶格差异，这会导致更严重的晶格失配，更严重的极化效应，更严重的电子空穴波函数空间分离现象。所以绿光LED与蓝光LED相比，其辐射复合效率会下降。

而如何改善上述因素也是人们探究高亮度绿光LED的突破口，如何减少垒与阱之间的应力场、极化电场；如何获得高In组分又高质量的绿光多量子阱，这一系列问题是目前领域内的攻克目标。

发明内容

本发明目的在于改善普通绿光LED的不足，提出新型绿光多量子阱的生长方法，有效获取高性能、高亮度的绿光LED的应用MQW生长的绿光GaN基LED外延结构。

本发明包括依次生长在衬底上的GaN成核层、非掺杂GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源层和p型GaN层，所述InGaN/GaN多量子阱有源层包括GaN垒层、InGaN量子阱层和变温GaN过渡层，其特征在于在InGaN/GaN多量子阱有源层的GaN垒层和InGaN量子阱层之间生长低In组分的缓冲层shallow well。

本发明由于在InGaN/GaN多量子阱有源层的GaN垒层和InGaN量子阱层之间生长了低In组分的缓冲层shallow well，量子阱则生长在低In组分的缓冲层上，大大降低了与垒之间的应力，能够缓解量子阱、垒之间的应力差，因此量子阱中的极化电场也大大降低，试验结果也显示在垒与量子阱之间缓冲层shallow well使得极化电场得到降低。极化电场降低缓解了斯塔克效应，使得电子与空穴的波函数在空间上的分离现象得到缓解，使得有效辐射复合得到提升。而且这层缓冲层与量子阱的晶格匹配度更高，这就让量子阱部分具有更好的晶体质量，进一步增加了其性能，使得本发明中的绿光LED具有高性能、高亮度的特点。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

图2为具有缓冲层shallow well与无缓冲层shallow well的外延片模拟电场分布图。

具体实施方式

图1中，1为蓝宝石衬底，2为GaN成核层，3为非掺杂GaN层，4为n型GaN层，5a为GaN垒层，5b为缓冲层shallow well，5c为InGaN量子阱层，5d为变温GaN过渡层，6为p型GaN层。

从图1可见，在衬底1上依次生长有GaN成核层2、非掺杂GaN层3、n型GaN层4、GaN垒层5a、低In组分的缓冲层shallow well 5b、InGaN量子阱层5c、变温GaN过渡层5d和p型GaN层6。

其中，低In组分是指：在 InGaN材料中，含In质量为1%~10%  。

从图2中，带有低In组分的缓冲层shallow well 的LED（ SQW LED）的曲线是具有缓冲层shallow well的LED量子阱内模拟电场分布图；传统LED（ conventional LED）是无缓冲层shallow well的LED量子阱内模拟电场分布图。

从图2中可见：SQW LED的量子阱内电场强度要远小于普通的LED量子阱的强度。