[发明专利]一种提高发光效率的LED外延结构及其制作方法

说明书

本申请公开了一种提高发光效率的LED外延结构及其制作方法，所述LED外延结构包括：衬底、以及在所述衬底一侧表面依次生长的缓冲层、N‑GaN层、多量子阱结构以及P‑GaN层；其中，所述多量子阱结构由多个量子垒和量子阱交替形成，所述量子阱包括在所述量子垒上依次生长的InN层、InGaN层、GaN层以及AlInGaN层，所述GaN层和所述AlInGaN层构成Cap层，且在所述N‑GaN层到所述P‑GaN层之间，所述Cap层采用Al/In渐变的生长方式，能够起到极化匹配，形成高导带势垒，减小电子泄露的作用，并且在所述量子阱的生长初期，采用预通In的生长方式，形成InN团簇，增加In的并入，从而减少穿透位错，增加辐射复合发光。

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域，尤其是涉及一种提高发光效率的LED外延结构及其制作方法。

背景技术

目前，AlInGaN基发光材料因其禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和迁移率高等物理和化学特性在显示、照明领域发挥着越来越多应用。而多量子阱InGaN/GaN作为LED的有源区，对LED的光学特性尤为重要。但是在长波段中，如绿光、黄光、红光等，随着有源区InGaN中In组分越来越高，其晶体质量变差，缺陷增多，进而降低LED发光效率。并且InN和GaN之间晶格失配严重及低混溶性，容易在InGaN/GaN有源区出现In团簇，进而导致发光不集中，显色不纯等现象。此外，III族氮化物由于其自发极化和压电极化，会形成一个内建电场，容易产生量子限制斯塔克效应，加剧电子泄露。为了解决这一问题，目前常见的则是在InGaN/GaN有源区和P层之间插入一个AlGaN电子阻挡层(EBL)，增加导带电子势垒，减少电子泄露，但这一方法也阻碍了空穴从P层传输到有源区，进而阻碍了电子和空穴在有源区的复合，从而影响LED的发光效率。

因此，减小电子泄露，增加空穴注入效率，削弱强极化电场，促进载流子在有源区的高效复合，成为提升LED发光效率亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种提高发光效率的LED外延结构及其制作方法，采用GaN+AlInGaN的Cap层设计，以及Al/In渐变的生长方式，不仅可以起到极化匹配，又能形成高导带势垒，减小电子泄露的作用。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高发光效率的LED外延结构，包括：

衬底、以及在所述衬底一侧表面依次生长的缓冲层、N-GaN层、多量子阱结构以及P-GaN层；

其中，所述多量子阱结构由多个量子垒和量子阱交替形成，所述量子阱包括在所述量子垒上依次生长的InN层、InGaN层、GaN层以及AlInGaN层，所述GaN层和所述AlInGaN层构成Cap层，且在所述N-GaN层到所述P-GaN层之间，所述Cap层采用Al/In渐变的生长方式，能够起到极化匹配，形成高导带势垒，减小电子泄露的作用，并且在所述量子阱的生长初期，采用预通In的生长方式，形成InN团簇，增加In的并入，从而减少穿透位错，增加辐射复合发光。

优选的，在上述的LED外延结构中，所述量子垒的生长周期为N+1，N为6～12；

第1至第N-3个量子垒的厚度为D_QB1，D_QB1＝7～16nm；

第N-1和第N-2个量子垒的厚度为D_QB2，D_QB1-D_QB2≥2～6nm；

第N个量子垒的厚度为D_QB3，D_QB3-D_QB2≤2～4nm；

第N+1个量子垒的厚度为D_QB4，D_QB4＝18～30nm。