[发明专利]一种具有多重垒层LED外延结构

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，特别是具有多重垒层LED外延结构。

背景技术

近几年LED行业发展迅速，对大功率LED需求量越来越多。因此，提高蓝光LED的亮度势在必行。影响蓝光亮度的原因主要有以下几个方面：1、很难获得高浓度空穴；2、极化电场比较强，使能带发生弯曲，降低辐射复合几率；3、衬底与外延层之间有较大的晶格失配，晶体质量比较差。

   传统的LED外延结构参看图1，从下到上依次为：图形化衬底1、氮化铝缓冲层2、U型氮化镓3、N型氮化镓4、InGaN阱层5、GaN垒层6、P型氮化铝镓电子阻挡层7、P型氮化镓8。由于GaN 基材料存在自发极化和压电极化，致使InGaN阱层5和GaN垒层6能带产生严重弯曲，极化电荷产生的极化场使电子和空穴的波函数在空间上不完全重合，从而降低了载流子辐射复合速率，使得器件的内量子效率低下，同时也限制了发光效率。

   现有技术中，为了克服上述不足，很多厂家提出改变量子垒的结构的方法，如提出单独生长InGaN、AlInN、AlGaN或者AlGaInN作为量子垒，但其对LED外延片的出光效率、辐射复合几率，溢流现象等的改善效果并不显著。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有多重垒层LED外延结构。它采用多重垒层结构，通过改变垒层高度、提高晶体质量、释放应力，从而提高辐射复合几率达到增强LED出光效率的目的。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现： 

一种具有多重垒层LED外延结构，它从下至上依次包括图形化衬底、AlN缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、有源区、电子阻挡层和P型GaN层。其结构特点是，所述有源区包括阱层和多重垒层。多重垒层包括In_XGa_1-XN层、GaN层和Al_yGa_1-yN层三层。在生长蓝光LED过程中，生长有源区时，多重垒层和阱层交替生长。

在上述LED外延结构中，所述有源区生长周期为3-100个周期。

在上述LED外延结构中，所述多重垒层中的三层按能带逐渐升高的顺序生长或者按能带逐渐降低的顺序生长，多重垒层在氮气、氢气或者氢氮混合环境中生长。

在上述LED外延结构中，所述In_XGa_1-XN层的生长温度为650-900℃，In组分为0<x<1，厚度为1-500nm，生长压力50-800mbar。GaN层的生长温度为650-1000℃，生长厚度为1-100nm，生长压力为50-800mbar。Al_yGa_1-yN层的生长温度为650-1000℃,Al组分为0<y<1,生长厚度为1-500nm,生长压力50-800mbar。

在上述LED外延结构中，生长In_XGa_1-XN层时，所述In_XGa_1-XN的厚度随着周期数量的增加逐渐增加或者逐渐减薄，In_XGa_1-XN的In组分随着周期数量的增加逐渐增加或逐渐减小。生长Al_yGa_1-yN层时，所述Al_yGa_1-yN的厚度随着周期数量的增加逐渐增加或者逐渐减薄，Al_yGa_1-yN的Al组分随着周期数量的增加逐渐增加或逐渐减小。

在上述LED外延结构中，所述阱层的能带小于多重垒层的能带，生长In_XGa_1-XN层的能带小于GaN层的能带，GaN层的能带小于Al_yGa_1-yN层的能带。