[发明专利]一种降低蓝光LED缺陷密度的发光二极管结构

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管外延技术领域，特别是能降低蓝光LED缺陷密度的发光二极管结构。

背景技术

随着LED行业的快速发展，人们对于LED亮度的要求越来越高，不断在致力于提高LED亮度。在蓝光领域影响亮度的原因主要有以下几点：一、衬底与外延层之间有较大晶格失配；二、有源区MQW能带弯曲；三、高空穴浓度。

现有技术中，蓝光LED发光二极管结构是从下至上依次包括图形化的蓝宝石衬底、AlN缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、有源区、电子阻挡层和P型GaN层组成，如图1所示，蓝光LED生长过程中由于衬底和外延层之间有较大的晶格失配和热失配，其位错密度达10⁹ cm^-2以上。因此，产生自发极化和压电效应，从而形成较强的内建电场，促使能带的弯曲，降低波函数的复合的几率，LED的发光效率也将明显的下降。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种降低蓝光LED缺陷密度的发光二极管结构。它能有效降低位错密度，提高外延层的晶体质量，提升蓝光LED的发光效率。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种降低蓝光LED缺陷密度的发光二极管结构，它从下至上依次包括图形化的蓝宝石衬底、AlN缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、有源区、电子阻挡层和P型GaN层。其结构特点是，所述U型GaN层的生长厚度为1-10um，U型GaN层中间插入一层AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层，其中Al的组分为0.01<X<1。

在上述发光二极管结构中，所述AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层在氮气或者氢气环境中生长，生长温度为650-1200℃，生长压力在50-800mbar，生长周期为1-10。

在上述发光二极管结构中，所述AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层中AlxGa1-xN的厚度为10-5000埃，SiNx的厚度为10-5000埃。

本发明由于采用了上述结构，在U型GaN层中增加一层AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层，使外延层缺陷密度可以降低到10¹ ~10⁷ cm³ ，极大的提高外延层的晶体质量。本发明结构不仅可以将电压降低大约0.1-0.2V，同时，还可使内量子发光效率提升5%以上。同现有技术相比，本发明通过改变应力的变化，降低衬底与外延层之间晶格失配度，从而大大减低外延层中的缺陷密度，提高外延层的晶体质量，达到降低内建电场，减缓能带的弯曲，进而降低器件内部吸光的影响，提高蓝光LED的发光效率。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是现有技术中LED外延结构的示意图；

图2是本发明的结构示意图。

具体实施方式

参看图2，本发明从下至上依次包括图形化的蓝宝石衬底1、AlN缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、有源区5、电子阻挡层6和P型GaN层7。U型GaN层3的生长厚度为1-10um，U型GaN层3中间插入一层AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层10，其中Al的组分为0.01<X<1。AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层10在氮气或者氢气环境中生长，生长温度为650-1200℃，生长压力在50-800mbar，生长周期为1-10。AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层10中AlxGa1-xN的厚度为10-5000埃，SiNx的厚度为10-5000埃。

实施例一：

本发明结构的制备方法是在金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD反应炉里进行高温烘烤，去除蓝宝石衬底1表面的残余杂质。再缓慢降温在500℃，生长一层AlN缓冲层2。然后迅速升温，在1000℃生长U型GaN层3，生长大约10min，插入一层超晶格AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层10。在氢气或者氮气的情况下，温度在650℃下生长，先生长Al_xGa_1-xN厚度为10埃，再生长SiN_X厚度为10埃，再在1000℃的温度下继续生长U型GaN层3，生长时间为20min。之后，在器件上表面生长N型GaN层4，生长温度为1000℃，生长厚度为0.5um。