[发明专利]一种具有高复合效率的量子阱结构及外延结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤指一种量子阱结构及一种外延结构。

背景技术

发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后，注入PN结中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出颜色为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的光。其中，以氮化镓(GaN)为代表的III-V族化合物半导体由于具有带隙宽、发光效率高、电子饱和漂移速度高、化学性质稳定等特点，在高亮度蓝光发光二极管、蓝光激光器等光电子器件领域有着巨大的应用潜力，引起了人们的广泛关注。

目前，氮化镓LED发光器件主要采用P-N结结构，并且在P型半导体和N型半导体之间设有多量子阱结构，量子阱是通过在两种不同的半导体层之间插入薄半导体层而形成的一种结构，该薄半导体层具有比那两种半导体层小得多的能量带隙。现在普遍应用的GaN基发光二极管结构为：在N型掺杂的GaN层上生长N型掺杂的AlGaN层，随后生长InGaN/GaN多量子阱，然后再生长P型掺杂的AlGaN层和P型掺杂的GaN层，在生长InGaN/GaN多量子阱时，GaN势垒层上掺Si，这样可以提高GaN的晶体质量，同时促使量子阱中的In凝聚成In团，使二极管发光增强。

但这种结构存在明显的缺点：首先，势垒掺Si在量子阱中引入了N型杂质，使得P-N结偏离InGaN/GaN多量子阱区，从而在发光二极管工作于正向偏压时，量子阱区的少数载流子为空穴，空穴在扩散过程中与电子复合发光，但由于空穴的迁移率很低，扩散长度很小，发生辐射复合的电子与空穴数目也相应减少；其次，在这种结构中，随着载流子注入的增加，电子浓度越来越趋于饱和，而空穴浓度仍然偏低，多余的载流子不能在InGaN/GaN多量子阱有源区中复合，限制了发光二极管发光强度的进一步提高。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种量子阱结构，以提高空穴在量子阱结构中的符合率。

本发明提供的技术方案如下：

一种具有高复合效率的量子阱结构，所述量子阱结构由GaN基半导体化合物构成，且位于所述量子阱结构后端的1-2个势垒层比其他量子阱的导带能量更高、介带能量更低。

进一步优选地，所述量子阱结构由In_1-xGa_xN构成，其中，0≤x≤1。

进一步优选地，所述量子阱结构中的势垒层由In_1-yGa_yN构成，其中，0≤y≤1。

进一步优选地，所述量子阱结构的能量带隙在1.59eV至3.26eV之间。

本发明还提供了一种具有高复合效率的外延结构，该晚宴结构从下至上依次包括：衬底层、GaN缓冲层、未掺杂的GaN层、n型GaN层、复合多量子阱层以及p型GaN层，其中，

所述复合多量子阱层从下至上依次包括：超晶格应力调制层、空穴阻挡层、势垒层、发光量子阱层以及电子阻挡层，所述发光量子阱层、电子阻挡层以及空穴阻挡层包括多个按顺序循环生长的势垒层和势阱层；

在所述复合多量子阱层中，靠近p型GaN层的1-2个量子阱的带隙宽度大于其他量子阱的带隙宽度。

通过本发明能够带来以下有益效果：

本发明提供一种具有高复合效率的量子阱结构，该结构的量子阱结构中靠近p层所在的量子阱空穴和电子的复合更容易发生，从而提高了电子和空穴的复合率，提高发光强度。

另外，在本发明提供的外延结构中，在该复合多量子阱层靠近n型GaN层一侧有空穴阻挡层，且该空穴阻挡层具有比整个复合多量子阱层更高的导带能量和更低的价带能量。从而阻止复合多量子阱层中的空穴溢出，配合外延结构中原有的电子阻挡层，使得发光层量子阱结构中阱的局域限制效果更好，从而提高了发光层量子阱结构中电子和空穴的复合率，大大提高了芯片的温度稳定性和发光效率，同时抑制大电流注入下发生的光效下降(efficiency droop)效应。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本发明中GaN基发光二极管外延结构示意图。

图2为现有量子阱结构中电子和空穴在每个量子阱中浓度分布示意图；

图3为本发明中量子阱结构中各量子阱宽度示意图；

具体实施方式