[实用新型]具有发光层多量子阱过渡层的LED外延结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及发光二极管技术领域，特别是具有发光层多量子阱过渡层的LED外延结构。

背景技术

半导体二极管具有体积小、高效、节能、使用寿命长等特点而广泛应用于显示屏、背光源、传感器、通讯及照明等领域。GaN基材料的外延生长是发展GaN基高亮度LED和全固态半导体白光照明光源的核心技术, 但发光区其发光层量子阱（MQW）的品质难以成长的原因是MQW的位错密度比较大，垒和阱之间存在晶格失配产生的应力和极化电场，导致辐射复合效率比较低。因此，如何减少量子阱发光层中晶格缺陷，以提高量子阱发光层的晶体质量；以及如何降低量子阱发光层和GaN垒层和n型GaN层之间由于晶格失配产生的极化效应和电子空穴波函数空间分离现象，以提高电子和空穴的复合效率，进而提高LED的发光效率，成为LED领域中亟需攻克的目标之一。

影响有源区发光效率的因素主要有以下几个方面：

1.InGaN/GaN多量子阱层结构的一个特征是：GaN基材料是离子晶体，由于正负电荷不重合，使得材料沿着c轴方向存在着很强的自发极化效应，形成自发极化场；由于InGaN和GaN材料之间的失配所引起的应力，也会引起压电极化效应，形成压电极化场。极化场的存在会使量子阱能带发生倾斜或弯曲，使得阱区的电子和空穴限制在量子阱的两端，一方面会使得量子阱的有效带隙宽度减小使激发峰红移，另一方面导致电子和空穴的波函数在空间分布上分离，降低其辐射复合的几率，引起很强的量子限制斯塔克效应（Quantum Confined Stark Effect）。随着应变的增强，极化效应引起的极化电场同时增强，因此，在[0001]晶向的In_xGa_1-xN/GaN量子阱中随着In组分x的增加， In_xGa_1-xN与GaN之间的晶格失配增加，极化效应增强，这也是In_xGa_1-xN/GaN量子阱LED中随In组分增加时LED的发光效率显著减小的原因之一。

2.N区注入的电子有很大的载流子迁移率和浓度，在大电流的驱动下会越过量子阱区和P区的空穴复合，引起非辐射复合，使得发光效率的下降，而空穴的有效质量较大，其迁移率和载流子浓度都很低，这样就造成了在远离P区的空穴分布很少，整个阱区空穴的分布很不均匀，造成辐射复合几率的下降。

3.GaN基LED主要利用InGaN/GaN量子阱外延层发光，InGaN量子阱和GaN量子垒因晶格失配会产生应力。因量子阱InGaN和量子垒GaN交替生长，这样随着阱垒周期的不断增多，材料中的应力也不断的积聚。随着应力的累积，在GaN外延层存在的部分线性位错便会在量子阱的生长过程中被发展放大，形成V型缺陷；对V型缺陷的深度和密度必须进行有效控制，如果V型缺陷深度过深或密度过大，会导致空穴载流子通过V型缺陷侧壁进入发光量子阱进行辐射发光的效率降低，而通过V型缺陷顶端及连接的线性位错形成的漏电通道，直接与电子形成非辐射复合，降低器件内量子效率。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型的目的是提供一种具有发光层多量子阱过渡层的LED外延结构。它是在发光层多量子阱中引入In组分降低的过渡层，发光层多量子阱结构中阱层In组份的依次减小可以缓解由高In组份InGaN突然转到GaN的生长过程中产生的应力，减小极化效应，提高量子阱的晶体质量，增加复合几率。

为了达到上述发明目的，本实用新型的技术方案以如下方式实现：

具有发光层多量子阱过渡层的LED外延结构，它从下至上依次包括图形化衬底、GaN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，所述有源区包括多量子阱层和生长在多量子阱层上的发光层多量子阱层。所述多量子阱层包括In_XGa_1-XN阱层和生长在In_XGa_1-XN阱层上的GaN垒层。所述发光层多量子阱层包括发光层阱层和生长在发光层阱层上的发光层垒层。所述发光层阱层和发光层垒层交替生长，生长周期为5-20个周期。所述发光层阱层包括从下至上依次生长的In组分不同的In_XGa_1-XN层且 0<x<1、In_yGa_1-yN过渡层且0< y<x和GaN过渡层。