CN102299223A - 一种发光二极管的外延结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光二极管的外延结构及其制造方法，在GaAs衬底层的上面自下而上依次为布拉格反射层、第一型限制层、有源层、第二型限制层、电流扩展层，所述的有源层是由n组量子阱和量子垒交替组成，其中100≥n≥2，且同一个量子垒中的势垒高度为渐变式分布或不同量子垒之间的势垒高度为渐变式分布；其制造方法包括以下步骤：选择GaAs为衬底层，在GaAs衬底层上依次生长布拉格反射层、第一型限制层、有源层、第二型限制层、电流扩展层，其中有源层是由n组量子阱和量子垒交替生长而成，量子垒用（AlxGa1-x）yIn1-yP三五族化合物构成，其中1≥x≥0.5，本发明增强了量子垒对电子的限制作用，提高量子阱里电子和空穴的复合率，从而提高发光二极管的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管外延结构制造技术领域，尤其是一种铝镓铟磷系发光二极管的外延结构及其制造方法。
背景技术
发光二极管（LED）由于其低功耗、尺寸小和可靠性高逐渐在替代传统的光源，近年来随着发光二极管技术的进步、利用领域的扩展，对发光二极管的亮度和发光效率提出更高的要求。
目前高亮的红黄光发光二极管的主要都是采用多重量子阱（multiple quantum well，MQW）结构作为有源层，通常发光二极管是通过电子和空穴在量子阱里复合发光释放出能量，因此要提高发光二极管的发光效率主要是提高量子阱里电子和空穴的复合率；但是由于空穴的载流子迁移率比电子的载流子迁移率小，传统发光二极管的外延结构，其量子垒的势垒高度是相同的，量子垒对空穴的限制作用比电子强得多，因此量子阱里电子和空穴的复合率难于提高就限制发光二极管的亮度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种发光二极管的外延结构及其制造方法，增强量子垒对电子的限制作用，提高量子阱里电子和空穴的复合率，从而提高发光二极管的亮度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种发光二极管的外延结构，在GaAs衬底层的上面自下而上依次为布拉格反射层、第一型限制层、有源层、第二型限制层、电流扩展层，所述的有源层是由n组量子阱和量子垒交替组成，其中100≥n≥2，且同一个量子垒中的势垒高度为渐变式分布或不同量子垒之间的势垒高度为渐变式分布。
优选同一个量子垒中势垒的高度为渐变式分布时，不同个量子垒的势垒高度分布方式相同。
同一个量子垒中势垒高度的渐变方式为由高势垒渐变到低势垒；或由高势垒渐变到低势垒，然后再有个势垒高度一样的平区；或由低势垒渐变到高势垒；或由低势垒渐变到高势垒，然后再有个势垒高度一样的平区；或由低势垒渐变到高势垒再渐变到低势垒；或由低势垒渐变到高势垒，然后有个势垒高度一样的平区，最后渐变到低势垒；或由高势垒渐变到低势垒再渐变到高势垒；或由高势垒渐变到低势垒，然后有个势垒高度一样的平区，最后渐变到高势垒。
优选不同量子垒之间的势垒高度为渐变式分布时，同一个量子垒的势垒高度不变。
不同层量子垒的势垒高度自下而上的渐变方式为由高势垒渐变到低势垒；或由高势垒渐变到低势垒，然后有个势垒高度一样的平区；或由低势垒渐变到高势垒；或由低势垒渐变到高势垒，然后有个势垒高度一样的平区；或由低势垒渐变到高势垒再渐变到低势垒；或由高势垒渐变到低势垒再渐变到高势垒；或由低势垒渐变到高势垒，然后有一段势垒高度一样的平区，再渐变到低势垒；或由高势垒渐变到低势垒，然后有一段势垒高度一样的平区，再渐变到高势垒。
上述的量子垒由（AlxGa1-x）yIn1-yP三五族化合物构成，其中1≥x≥0.5，可通过Al组分的改变来改变量子垒的势垒高度。
制造上述发光二极管外延结构的方法，包括以下步骤：
1）选择GaAs作为衬底层；
2）在GaAs衬底层基础上生长布拉格反射层；
3）在布拉格反射层上外延出第一型限制层；
4）在第一型限制层上生长有源层；
5）在有源层上外延出第二型限制层；
6）在第二型限制层上生长电流扩展层；
其中有源层用n组量子阱和量子垒交替生长而成，其中100≥n≥2，量子垒用（AlxGa1-x）yIn1-yP三五族化合物构成，其中1≥x≥0.5，通过（AlxGa1-x）yIn1-yP三五族化合物中Al组分的渐变使同一个量子垒中的势垒高度或不同量子垒之间的势垒高度为渐变式分布。
本发明在有源层中使同一个量子垒中的势垒高度或不同量子垒之间的势垒高度为渐变式分布，大大增强量子垒对电子的限制作用，降低电子的载流子迁移率，就能提高量子阱里电子和空穴的复合率，从而提高发光二极管的亮度。
附图说明
图1是本发明原理结构图；
图2是本发明的一种势垒图；
图3是本发明的另一种势垒图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1所示，一种发光二极管的外延结构，在GaAs衬底层1的上面自下而上依次为布拉格反射层2、第一型限制层3、有源层4、第二型限制层5、电流扩展层6，所述的有源层4是由n组量子阱41和量子垒42交替组成，其中n的选择范围为100≥n≥2，使同一个量子垒42中的势垒高度为渐变式分布或不同量子垒42之间的势垒高度为渐变式分布。
上述的发光二极管的外延结构可以通过以下步骤制造而成：
1）选择GaAs作为衬底层；
2）在GaAs衬底层基础上生长布拉格反射层；
3）在布拉格反射层上外延出第一型限制层；
4）在第一型限制层上生长有源层；
5）在有源层上外延出第二型限制层；
6）在第二型限制层上生长电流扩展层；
其中有源层用n组量子阱和量子垒交替生长而成，其中100≥n≥2，量子垒用（AlxGa1-x）yIn1-yP三五族化合物构成，其中1≥x≥0.5，通过（AlxGa1-x）yIn1-yP三五族化合物中Al组分的渐变使同一个量子垒中的势垒高度或不同量子垒之间的势垒高度为渐变式分布。
图2所示，有源层4由量子阱41和量子垒42相互交替而成，不同个量子垒42的势垒高度分布方式都是相同的，在同个量子垒42当中，量子垒42的势垒高度由高均匀渐变到低，通过（AlxGa1-x）yIn1-yP三五族化合物中的Al组分从100%均匀地降到80%来实现。
图3所示，有源层4由量子阱41和量子垒42相互交替而成，在同个量子垒42当中，量子垒42的势垒高度是不变的，但在不同个量子垒42之间势垒高度是渐变的，其势垒高度由高势垒渐变到低势垒，然后有一段势垒高度一样的平区，再渐变到高势垒；通过（AlxGa1-x）yIn1-yP三五族化合物中的Al组分从90%均匀地降到70%，然后长完Al组分为70%的m（100≥m≥2）个相同的量子垒后，最后Al组分由70%增加到90%来实现。
本发明不局限于以上的实施例，本领域的技术人员按权利要求作等同的改变都落入本案的保护范围。
Claims (7)
1.一种发光二极管的外延结构，在GaAs衬底层的上面自下而上依次为布拉格反射层、第一型限制层、有源层、第二型限制层、电流扩展层，其特征在于：所述的有源层是由n组量子阱和量子垒交替组成，其中100≥n≥2，且同一个量子垒中的势垒高度为渐变式分布或不同量子垒之间的势垒高度为渐变式分布。
2.根据权利要求1所述的一种发光二极管的外延结构，其特征在于：同一个量子垒中势垒的高度为渐变式分布时，不同个量子垒的势垒高度分布方式相同。
3.根据权利要求2所述的一种发光二极管的外延结构，其特征在于：同一个量子垒中势垒高度的渐变方式为由高势垒渐变到低势垒；或由高势垒渐变到低势垒，然后再有个势垒高度一样的平区；或由低势垒渐变到高势垒；或由低势垒渐变到高势垒，然后再有个势垒高度一样的平区；或由低势垒渐变到高势垒再渐变到低势垒；或由低势垒渐变到高势垒，然后有个势垒高度一样的平区，最后渐变到低势垒；或由高势垒渐变到低势垒再渐变到高势垒；或由高势垒渐变到低势垒，然后有个势垒高度一样的平区，最后渐变到高势垒。
4.根据权利要求1所述的一种发光二极管的外延结构，其特征在于：不同量子垒之间的势垒高度为渐变式分布时，同一个量子垒的势垒高度不变。
5.根据权利要求4所述的一种发光二极管的外延结构，其特征在于：不同层量子垒的势垒高度自下而上的渐变方式为由高势垒渐变到低势垒；或由高势垒渐变到低势垒，然后有个势垒高度一样的平区；或由低势垒渐变到高势垒；或由低势垒渐变到高势垒，然后有个势垒高度一样的平区；或由低势垒渐变到高势垒再渐变到低势垒；或由高势垒渐变到低势垒再渐变到高势垒；或由低势垒渐变到高势垒，然后有一段势垒高度一样的平区，再渐变到低势垒；或由高势垒渐变到低势垒，然后有一段势垒高度一样的平区，再渐变到高势垒。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种发光二极管的外延结构，其特征在于：所述的量子垒由（AlxGa1-x）yIn1-yP三五族化合物构成，其中1≥x≥0.5。
7.制造权利要求1所述的一种发光二极管的外延结构的方法，包括以下步骤：
1）选择GaAs作为衬底层；
2）在GaAs衬底层基础上生长布拉格反射层；
3）在布拉格反射层上外延出第一型限制层；
4）在第一型限制层上生长有源层；
5）在有源层上外延出第二型限制层；
6）在第二型限制层上生长电流扩展层；
其特征在于：有源层用n组量子阱和量子垒交替生长而成，其中100≥n≥2，量子垒用（AlxGa1-x）yIn1-yP三五族化合物构成，其中1≥x≥0.5，通过（AlxGa1-x）yIn1-yP三五族化合物中Al组分的渐变使同一个量子垒中的势垒高度或不同量子垒之间的势垒高度为渐变式分布。
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