[发明专利]一种减小量子阱中俄歇复合率的LED外延结构

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及至少有一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件，具体地说是一种减小量子阱中俄歇复合率的LED外延结构。

背景技术

作为一种洁净、节能高效和长寿命的新光源，LED技术已经获得了广泛的关注和巨大的科研投入，目前基于III-V族氮化物的半导体LED技术已经在蓝光波段获得了巨大的成功，同时深紫外、紫外及其绿光波段的LED技术也已经取得了重要的进步。

在LED中，电子和空穴进行复合，该过程产生的多余能量以光子的形式辐射，然而伴随着光子产生过程，在MQW内部俄歇复合消耗了大部分的载流子，这是由于俄歇复合率正比于载流子的三次方，所以俄歇复合，尤其是在高电流密度下，显得尤为严重，俄歇复合被公认是造成LED器件效率衰减的重要的因素之一。降低俄歇复合率的有效途径是让载流子比较均匀地分布在每一个量子阱中，然而考虑到空穴的迁移较低且有效质量较大，一般空穴比较容易在靠近p-型半导体层一侧集聚，而靠近n-型半导体层的量子阱中的空穴浓度较低，那么导致的后果是大量的电子会以俄歇复合的形式被消耗掉，所以单纯的依靠增加量子阱的个数来降低俄歇复合率的途径不可行。同时，当前绝大部分的氮化物LED都是在c-面进行生长，所以其多量子阱中会有强烈的极化场效应，极化场效应导致了量子阱中的导带和价带的翘曲，造成了电子和空穴分别在量子垒/量子阱/量子垒的两个界面处集聚，引起了较高的局域载流子密度，也加剧了俄歇复合率。

现有研究发现，可以通过平带量子阱结构减小电子和空穴分别在量子垒/量子阱/量子垒的两个界面处集聚，所以研究人员证实非极性面的量子阱结构可以根除量子阱中的极化场效应，实现量子阱的平带状态，增加量子阱的有效体积，可以让载流子均匀地分布在量子阱中，降低了载流子的局域浓度，然而非极性面的衬底一般采用自支撑的GaN或者AlN材料，价格过于昂贵，所以研究人员依然寄希望于在c-面的量子阱中实现平带结构。

基于此，研究人员提出极化匹配的量子阱/量子垒结构，该结构在蓝光LED领域获得了较为广泛的研究，如在多量子阱层中采用InGaN/InAlN型量子阱/量子垒结构，即通过适当的调节量子垒中In和Al的组份，一方面保证InAlN的禁带宽度大于InGaN，同时要使InGaN和InAlN尽可能的拥有相近或相同的晶格常数，以实现极化匹配，然而由于InN和AlN在外延生长条件上相差较大，所以制备高质量InAlN量子垒结构的过程中难度较大，可操作性不强。

CN105355737A公开了高发光效率的量子阱组合LED外延结构及其制备方法，其通过非恒温和恒温量子阱组合降低阱垒界面间的应力，缓解能带的弯曲，提高空穴和电子注入有源区效率和辐射复合效率。CN105161586A披露了具有组合势垒多量子阱的LED外延结构及其制备方法，是通过组合势垒有效降低阱垒界面间的应力，缓解能带的弯曲，提高晶体质量和内量子效率。以上现有技术都是缓解阱垒的界面间的应力，提高空穴电子的注入，从而提高内量子效率，但是其并不能有效减少量子阱中的俄偈复合率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种减小量子阱中俄歇复合率的LED外延结构，该结构在多量子阱层中通过量子阱中组份渐变的结构来实现量子阱的平带结构，以达降低量子阱区的载流子局域密度，减小俄歇复合率，提高器件的内量子效率和改善效率衰减效应，克服了现有技术存在的量子阱中极化电荷引起量子阱能带倾斜和俄偈复合严重的缺陷。