[发明专利]具有InGaN/GaN/AlGaN/GaN量子阱的LED外延薄膜及其制法与应用

说明书

本发明公开了具有InGaN/GaN/AlGaN/GaN量子阱的LED外延薄膜及其制法与应用。所述LED外延薄膜包括n‑GaN,依次生长在n‑GaN上的MOCVD制备的InGaN/GaN/AlGaN/GaN量子阱、电子阻挡层、p‑GaN层。本发明提出的高内量子效率近紫外LED外延薄膜的制备方法具有结构简单、效率高、可有效改善量子阱材料质量的特点，可广泛应用于近紫外、蓝光、黄绿光LED等领域。

技术领域

本发明涉及采用InGaN阱的LED领域，具体涉及具有InGaN/GaN/AlGaN/GaN量子阱的LED外延薄膜及其制法与应用。

背景技术

随着发光二极管 (LED)技术的迅速发展，LED的发光波段从绿光到紫外光都已经被广泛应用到商业产品上，近年来，短波长紫外LED（UV-LED）广阔的应用前景不断被人们发掘，吸引了许多人将研究重点向其转移。紫外LED在白光固态照明、光学存储、油墨印刷、水与空气净化、生物医学、环境保护等领域应用广泛。由于具有体积小、结构简单、高速，波长可调、能量高，以及使用寿命长、节能、绿色环保等特点，紫外LED与紫外汞灯相比具有很多优点，很有希望取代现有的汞灯成为下一代的紫外光源，具有巨大的社会和经济价值。

紫外光一共分为三个波段：UV-A(400-320 nm)、UV-B(320-280 nm)和UV-C(280-200 nm)波段。在紫外LED中，目前发展较为迅速的是采用InGaN作为阱的波长大于365nm的近紫外LED。近紫外LED的量子阱多采用多周期InGaN/GaN 结构，但由于GaN与InGaN的势垒差异较小，GaN垒对载流子的限制能力较弱，因此量子阱中的载流子密度较低，不利于LED的辐射复合。为了解决载流子限制能力弱的问题，另一种常用的量子阱结构为InGaN/AlGaN结构。相较GaN垒，AlGaN垒具有更高的势垒，对载流子的限制能力增强。但InGaN/AlGaN结构同样存在两个难以解决的问题。一方面：AlGaN垒的自发极化和压电极化明显强于GaN垒，由于量子限制斯塔克效应（EQSE）的影响，InGaN/AlGaN量子阱价带和导带发生的弯曲程度更强，导致电子和空穴对在空间的分离程度较InGaN/GaN量子阱LED更严重。这样一来，辐射复合概率和内量子效率降低，最终导致发光效率的减少；另一方面，由于InGaN和AlGaN的优化生长温度差异较大（InGaN需要低于800℃的低温生长，而AlGaN大多需要高于900℃的高温生长），采用InGaN/AlGaN结构生长的量子阱缺陷较多，而量子阱中的缺陷将作为非辐射复合中心使近紫外LED的内量子效率急剧下降。设计一种新的量子阱结构并改善量子阱的材料质量从而提高近紫外LED的内量子效率是目前亟待解决的难题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种具有InGaN/GaN/AlGaN/GaN量子阱的LED外延薄膜及其制法与应用，该LED外延薄膜具有量子阱缺陷密度低、内量子效率高等优点，可广泛应用于近紫外、蓝光、黄绿光LED等领域。

实现本发明的目的可以通过采取如下之一技术方案达到。

具有InGaN/GaN/AlGaN/GaN量子阱的LED外延薄膜，包括由下至上的n-GaN、InGaN/GaN/AlGaN/GaN量子阱、电子阻挡层和p-GaN。

进一步地，所述InGaN/GaN/AlGaN/GaN量子阱的周期数为1~10，每个周期的厚度为1~4nm InGaN/1~3nm GaN/3~10nm AlGaN/1~3nm GaN,其中第一个量子阱的InGaN阱前以一个3~10nm AlGaN/1~3nm GaN垒开始，最后一个量子阱的InGaN阱后以一个1~3nm GaN/3~10nm AlGaN垒结束。

进一步地，所述InGaN/GaN/AlGaN/GaN量子阱的InGaN阱的生长温度为700~900℃，GaN垒的生长温度与InGaN阱保持一致，AlGaN垒的生长温度为800~1000℃。