[发明专利]一种LED外延结构及其生长方法

说明书

本发明的第一目的在于提供一种LED外延结构，依次包括蓝宝石衬底、低温缓冲层层、GaN层、掺杂Si的N型GaN层、发光层、P型AlGaN层和掺Mg的P型GaN层，发光层包括多个发光单层，每个发光单层由下至上依次包括低铟组分层、铟渐变层、高铟组分层和GaN垒层，其中：低铟组分层和高铟组分层中铟的含量固定不变；铟渐变层铟的含量渐变。本发明将发光层设计为四个部分组合，通过各层中铟含量的分布起伏，调节发光层的能带，提高电子和空穴波函数的交叠积分，提高电子和空穴的复合效率，从而提高LED内量子效率。本发明的第二目的在于提供一种LED外延结构的生长方法，工艺步骤精简，操作方便，便于工业化生产。

技术领域

本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种LED外延结构及其生长方法。

背景技术

LED市场上现在要求LED芯片驱动电压低，特别是大电流下驱动电压越小越好、光效越高越好；LED市场价值的体现为光效与单价的比值，光效越好，价格越高，所以，LED高光效一直是LED厂家和院校LED研究所所追求的目标。

LED的光效很大程度和发光层材料特性相关，所以，制作优良的发光层成为提高LED光效的关键。目前，国内GaN基LED蓝绿光发光器件的制作涉及到发光层大多是采用氮化铟镓/氮化镓(InGaN/GaN)超晶格形成的多量子阱层组成。由于氮化铟(InN)和氮化镓(GaN)晶格常数不同，所形成的InGaN阱与GaN垒之间存在较大的晶格失配，当晶格发生弛豫时，就会使得量子阱中的In组分产生波动，并形成失配位错，对材料的质量造成破坏；此外要获得高质量的GaN就需要较高的生长温度，这样会对阱中的In组分分布造成破坏。此外，由于GaN系材料晶体结构的非反演对称性，当存在应力时，就会在材料内部产生压电电场，对整个结构内部的势能曲线产生影响，造成势能曲线的倾斜，使得同一量子阱中电子和空穴的空间分离，形成所谓的量子限制斯塔克效应(QCSE)，降低器件的发光效率。此外，随电流增大，会使得发光波长蓝移。由于晶格失配形成的压电电场使得能带弯曲，造成载流子过冲，形成效应。由此可见，改善垒与阱的失配对提高材料质量和器件的发光特性十分重要。现有技术中生产的LED结构达不到亮度要求。

综上所述，急需一种结构精简、能大大提高光效以及便于工业化生产的LED外延结构及其生产方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种结构精简且具有高光效的LED外延结构，具体技术方案如下：

一种LED外延结构，由下至上依次包括蓝宝石衬底、低温缓冲层、GaN层、掺杂Si的N型GaN层、发光层、P型AlGaN层以及掺Mg的P型GaN层；

所述发光层包括周期数为6-16个发光单层，每个所述发光单层由下至上依次包括低铟组分层、铟渐变层、高铟组分层以及GaN垒层，其中：所述低铟组分层中铟的含量固定不变，其含量为3％-10％；所述高铟组分层中铟的含量保持不变，其含量为20％-30％；由下至上，所述铟渐变层内铟的含量由所述低铟组分层中铟的含量渐变到所述高铟组分层中铟的含量。

以上技术方案中优选的，所述低温缓冲层的厚度为20-30nm；

所述GaN层的厚度为3-4μm；

所述掺杂Si的N型GaN层的厚度为3-4μm；

所述发光单层中：所述低铟组分层以及铟渐变层的厚度均为0.2-0.6nm；所述高铟组分层的厚度为1.5-3nm；所述GaN垒层的厚度为11-12nm；

所述P型AlGaN层的厚度为20-30nm；

所述掺Mg的P型GaN层的厚度为100-150nm。