[发明专利]一种非对称多量子阱结构的蓝光LED及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非对称多量子阱结构的蓝光LED及其制作方法，特别涉及一种高亮度长寿命GaN基非对称多量子阱结构的蓝光LED及其制作方法。 

背景技术

GaN基蓝光发光二极管(Blue LED)是全色显示以及高密度DVD(HD-DVD)激光头的主导力量；同时，高性能的蓝光LED可以通过激发荧光粉获得白光，从而实现人类长久以来的梦想——全固态白光照明光源。随着器件性能的进一步提高，目前半导体发光二极管已经逐渐渗透到液晶电视背光，液晶电脑显示屏背光等高端领域，并且大有取代日光灯而进入千家万户之势。 

半导体发光二极管是利用电子和空穴分别从n-型掺杂区和p-型掺杂区到达有源区进行复合产生辐射跃迁而发光的。但是，首先由于n-GaN层的电子浓度一般高于p-GaN层中的空穴浓度几个数量级，这样会导致发光界面靠近p层，当发光界面靠近p层时，只有靠近p层的1-2个量子阱的辐射跃迁对发光有贡献，亮度上很难有较大突破，同时由于发光界面靠近p层，因此离p层较远的量子阱由于淬灭中心的存在，发生非辐射跃迁的几率增加，导致产生的焦耳热增多，进而会使器件的寿命难以有效提高；其次，由于空穴与电子在浓度和迁移率方面存在较大差距，使电子比空穴易于输运到更深层的量子阱有源区，而多余的电子由于无法与空穴复合，最终会形成无效电流，从而降低器件的电流注入效率；最后，由于氮化镓基发光二极管中存在极化效应，使得量子阱中存在很强的极化电场，电子和空穴被空间分离导致辐射复合几率显著降低，因此人们通常采用较窄的量子阱结构来增加电子空穴的辐射复合几率，但是较窄的量子阱结构会导致电子和空穴的俘获几率较低，降低发光二极管电流注入效率。因此，高亮度长寿命电流注入率高的蓝光LED一直是产业界关注的焦点。 

为了增加发光二极管的电流注入效率，降低其热阻，延长其寿命，已有各种结构被提出并加以应用，例如氮化镓基蓝光发光二极管中采用AlGaN做电子阻挡层，虽然可以增加电流注入效率，但由于很难获得高质量的AlGaN晶体，产生的缺陷会降低电子空穴辐射复合几率。再比如采用电子俘获发射层技术，虽然可以在一定程度上增加电子的俘获几率，但此技术无一例外的采用低In组份的宽能隙结构层，由于对电子的限制作用有限，因此这种结构只对相邻的量子阱有效，靠后的量子阱不会由于该层的存在而显著的增加电子的俘获几率。又比如在此基础上发明的原位电子俘获发射层，这种结构是在每个量子阱前都生长有电子俘获发射层，但该结构仍然采用宽能隙结构层，而且也增加了工艺的复杂性和不必要的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术方案是提供一种非对称多量子阱结构的蓝光LED及其制作方法。 

为解决上述技术方案，本发明提供一种非对称多量子阱结构的蓝光LED，包括：蓝宝石衬底层、未掺杂的GaN层、n型GaN层、有源区及p型GaN层，上述五者依次排列，所述有源区包括一个或连续两个窄能隙量子阱结构区、及在所述窄能隙量子阱结构区上连续生长的至少五个蓝光量子阱结构区；所述窄能隙量子阱结构区先生长窄能隙量子阱势垒层，再生长窄能隙量子阱势阱层；所述蓝光量子阱结构区先生长蓝光量子阱势阱层，再生长蓝光量子阱势垒层；有源区的生长以势垒层开始，并以势垒层结束；相邻两个蓝光量子阱结构区共用所述蓝光量子阱势垒层，相邻的窄能隙量子阱结构区及蓝光量子阱结构区共用所述窄能隙量子阱势垒层，且在所述有源区包括连续两个宅能隙量子阱结构区的情况下，相邻两个窄能隙量子阱结构区共用所述窄能隙量子阱势垒层；其中，所述窄能隙量子阱结构区的势垒层厚度薄于8nm，以增加电子的隧穿几率，所述窄能隙量子阱结构区的势阱层厚度厚于3nm，以增加窄能隙量子阱储存电子的能力，所述蓝光量子阱的势阱层薄于2nm，以增加电子空穴辐射复合的几率；所述每一个窄能隙量子阱结构区的势阱层的铟组份介于25％-35％之间，所述每一个蓝光量子阱结构区的势阱层的铟组份介于10％-15％之间。 

较佳地，所述每一个窄能隙量子阱结构区的势阱层优选厚度为3nm-4nm，所述每一个窄能隙量子阱结构区的势垒层优选厚度为5-8nm。 

较佳地，所述每一个蓝光量子阱结构区的势阱层优选厚度为1-2nm，所述每一个蓝光量子阱结构区的势垒层优选厚度为10-15nm。