CN103178177B - 一种绿光GaN基LED外延结构 - Google Patents
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Abstract
一种绿光GaN基LED外延结构,涉及LED外延生长技术领域,包括在石衬底上依次生长的GaN成核层、非掺杂GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源层和p型GaN层,其特点是:InGaN/GaN多量子阱有源层由GaN垒层、第一In组分渐变式Graded well缓冲层、InGaN量子阱层、第二In组分渐变式Graded well缓冲层和变温GaN过渡层组成。采用本发明生长的氮化物外延片用标准芯片工艺制成10mil*12mil的520nm的绿光芯片在20mA下的亮度从600mcd上升到850mcd,封装后亮度从4.9lm上升到6.2lm,外量子效率从21%上升到30%,实现高亮度的绿光GaN基LED。
Description
技术领域
本发明涉及LED外延生长技术领域,特别是LED外延生长中量子阱的生长方法。
背景技术
辐射复合效率是外延生长工艺影响亮度的关键点,影响它的因素较多,如量子限制效应,极化效应,缺陷和杂质导致的深能级,这些都会使辐射复合效率下降。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,这会导致生产出更差的晶格质量,会使其性能下降。另外,在绿光阱的生长过程中,阱与垒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。
而如何改善上述因素也是人们探究高亮度绿光LED的突破口,如何减少垒与阱之间的应力场、极化电场,如何获得高In组分又高质量的绿光多量子阱,一直是领域内的研究主题。
发明内容
本发明目的是提出一种可减少垒与阱之间的应力场、极化电场,获得高In组分又高质量的绿光多量子阱的GaN基LED外延结构。
本发明包括在石衬底上依次生长的GaN成核层、非掺杂GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源层和p型GaN层,其特征在于所述InGaN/GaN多量子阱有源层由GaN垒层、第一In组分渐变式Gradedwell缓冲层、InGaN量子阱层、第二In组分渐变式Gradedwell缓冲层和变温GaN过渡层组成,所述GaN垒层生长在n型GaN层上,第一In组分渐变式Gradedwell缓冲层生长在GaN垒层上,InGaN量子阱层生长在第一In组分渐变式Gradedwell缓冲层上,第二In组分渐变式shallowwell缓冲层生长在InGaN量子阱层上,变温GaN过渡层生长在第二In组分渐变式shallowwell缓冲层上。
本发明的特点是在垒与量子阱、量子阱与变温生长GaN过渡层之间分别生长In组分渐变式缓冲层Gradedwell的制造技术。
采用本发明生长的氮化物外延片用标准芯片工艺制成10mil*12mil的520nm的绿光芯片在20mA下的亮度从600mcd上升到850mcd,封装后亮度从4.9lm上升到6.2lm,外量子效率从21%上升到30%,实现高亮度的绿光GaN基LED。可见,本发明可以减少垒与阱之间的应力场、极化电场,高In组分又高质量的绿光多量子阱,为提高GaN基绿光LED的高亮度作出了贡献。
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为具有缓冲层Gradedwell与无缓冲层Gradedwell的10mil*12mil封装后亮度、电压的对比图。
图3为本发明中GaN基绿光LED高分辨率X射线Omega-2Theta衍射图像。
具体实施方式
如图1所示,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GaN垒层,5b为缓冲层1Gradedwell,5c为InGaN量子阱层,5d为缓冲层2shallowwell,5e为变温GaN过渡层,6为p型GaN层。
由图可见,在石衬底1上依次生长有GaN成核层2、非掺杂GaN层3、n型GaN层4、GaN垒层5a、第一In组分渐变式Gradedwell、缓冲层5b、InGaN量子阱层5c、第二In组分渐变式shallowwell缓冲层5d、变温GaN过渡层5e和p型GaN层6。
图2为具有缓冲层Gradedwell与无缓冲层Gradedwell的10mil*12mil封装后亮度、电压对比图。
由图2可以看出,带有Gradewell缓冲层的LED的亮度相对于传统LED有了大幅度的提高,而且,电压几乎没有变化。在大电流下的droop效应也得到了改善。
图3为本发明中GaN基绿光LED高分辨率X射线Omega-2Theta衍射图像。
由图3可以看出,本发明中GaN基绿光LED的MQW晶格质量很好,可以看到第六级卫星峰。
Claims (1)
1.一种绿光GaN基LED外延结构,包括在蓝宝石衬底上依次生长的GaN成核层、非掺杂GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源层和p型GaN层,其特征在于所述InGaN/GaN多量子阱有源层由GaN垒层、第一In组分渐变式Gradedwell缓冲层、InGaN量子阱层、第二In组分渐变式shallowwell缓冲层和变温GaN过渡层组成,所述GaN垒层生长在n型GaN层上,第一In组分渐变式Gradedwell缓冲层生长在GaN垒层上,InGaN量子阱层生长在第一In组分渐变式Gradedwell缓冲层上,第二In组分渐变式shallowwell缓冲层生长在InGaN量子阱层上,变温GaN过渡层生长在第二In组分渐变式shallowwell缓冲层上。
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