CN103178173A - 高亮度GaN基绿光LED的MQW结构 - Google Patents

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李鸿渐
李志聪
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Abstract

高亮度GaN基绿光LED的MQW结构，涉及一种GaN基绿光LED的外延技术领域，包括生长在衬底上的GaN成核层、非掺杂GaN层、高温n型GaN层、InyGaN1-y/GaN多量子阱层和p型GaN层，在高温n型GaN层与InyGaN1-y/GaN多量子阱层之间生长由低温n型GaN层、InxGa1-xN/n型GaN超晶格结构层和低温n型GaN层组成的缓冲层，本发明让量子阱部分具有更好的晶体质量，缓解了多发光量子阱之间的应力差，从而进一步增加了GaN基绿光LED的性能，绿光芯片在20mA下的亮度从480mcd上升到650mcd，芯片的抗静电能力从人体模式的500V提升到人体模式4000v，封装后亮度从3.53lm上升到4.86lm，外量子效率从21%上升到30%。

Description

高亮度GaN基绿光LED的MQW结构
技术领域
本发明涉及一种GaN基绿光LED的外延技术领域。
背景技术
绿光LED已经在市场上悄然兴起，应用范围广泛，包括室内外大型看板、交通信号灯、背光源（电脑、手机显示屏）、便携式照明系统、固定式彩色照明系统、光学存取系统等各个领域。与绿光有关的产品市场份额也在逐年扩大，市场对绿光LED性能的要求也越来越高。如何获得高亮度、高抗静电能力的绿光LED成为现在研究的热点。衡量其综合性能的最重要的标准之一即为LED的外量子效率（EQE）。外量子效率即：单位时间内发射到外部的光子数与单位时间内注入的电子-空穴对数之比。
外量子效率由以下三个参数来决定。
注入效率：注入到有源区的电流（产生电子-空穴对）与总电流之比。
辐射复合效率：辐射复合率与总复合率（包括辐射复合和非辐射复合）的比值。
提取效率：单位时间内发射到外部的光子数与单位时间内产生的光子数之比。
而由于绿光外延生长工艺中的量子阱InGaN材料中需要更高的In组分（20%～35%），这比蓝光阱中的In组分（10%～20%）要高得多。这也就意味着在绿光阱生长过程中需要更低的生长温度，发光多量子阱的生长温度与高温n型GaN材料相差的更多，这会导致更差的晶格质量，会使绿光LED的亮度及性能下降；在绿光多发光量子阱的生长过程中，高温n型GaN与发光阱之间具有更大的晶格差异，这会导致更严重的晶格失配，更严重的极化效应，更严重的电子空穴波函数空间分离现象。所以绿光LED与蓝光LED相比，其辐射复合效率会下降。
发明内容
本发明目的是提出一种能够缓解高温n型GaN材料、多发光量子阱之间的应力差的高亮度GaN基绿光LED的多量子阱MQW结构。
本发明技术方案包括生长在衬底上的GaN成核层、非掺杂GaN层、高温n型GaN层、InyGaN1-y/ GaN多量子阱层和p型GaN层，其特点是：在高温n型GaN层与InyGaN1-y/ GaN多量子阱层之间生长缓冲层，所述缓冲层由低温n型GaN层、InxGa1-xN /n型GaN超晶格结构层和低温n型GaN层组成，所述低温n型GaN层生长在高温n型GaN层上，InxGa1-xN /n型GaN超晶格结构层生长在低温n型GaN层上，低温n型GaN层生长在InxGa1-xN /n型GaN超晶格结构层上。
本发明在高温n型GaN材料与InyGaN1-y/ GaN多量子阱层之间生长了缓冲层HTMQW（高温生长的多量子阱），这层缓冲层生长温度介于高温n型GaN材料与发光多量子阱的温度之间，而且其中有较少In组分的InGaN，缓解了高温n型GaN材料与发光多量子阱之间的晶格差异，这就让量子阱部分具有更好的晶体质量，缓解了多发光量子阱之间的应力差，从而进一步增加了GaN基绿光LED的性能。将本发明制成的外延片采用标准工艺流程8mil*10mil的520nm的绿光芯片在20mA下的亮度从480mcd上升到650mcd，芯片的抗静电能力从人体模式的500V提升到人体模式4000v，封装后亮度从3.53lm上升到4.86lm，外量子效率从21%上升到30%。
附图说明
图1是本发明所述氮化物LED外延结构的一种示意图。
图2为本发明绿光GaN基LED XRD omega-2theta衍射图。
具体实施方式
图1中，1为蓝宝石衬底，2为GaN成核层，3为非掺杂GaN层，4为n型GaN层，5a为低温n型GaN层，5b为InxGa1-xN /n型GaN超晶格结构，5c为低温n型GaN层，6为InyGaN1-y/ GaN多量子阱层，7为p型GaN层。
从图1可见，在衬底1上依次生长有GaN成核层2、非掺杂GaN层3、高温n型GaN层4、低温n型GaN层5a、InxGa1-xN /n型GaN超晶格结构层5b、低温n型GaN层5c和p型GaN层6。
 从图2中可见：发光多量子阱的衍射卫星峰有6级，说明该多量子阱的晶体质量很好。

Claims (1)

1.高亮度GaN基绿光LED的MQW结构，包括生长在衬底上的GaN成核层、非掺杂GaN层、高温n型GaN层、InyGaN1-y/ GaN多量子阱层和p型GaN层，其特征在于在高温n型GaN层与InyGaN1-y/ GaN多量子阱层之间生长缓冲层，所述缓冲层由低温n型GaN层、InxGa1-xN /n型GaN超晶格结构层和低温n型GaN层组成，所述低温n型GaN层生长在高温n型GaN层上，InxGa1-xN /n型GaN超晶格结构层生长在低温n型GaN层上，低温n型GaN层生长在InxGa1-xN /n型GaN超晶格结构层上。
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