CN103117341A - 一种提高GaN基LED发光效率的多量子阱结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高GaN基LED发光效率的多量子阱结构，从下至上依次包括电子存储区、电子收集区和发光区；所述电子存储区，其包括若干交替生长的势阱和势垒，用于存储电子；所述电子收集区，其包括一个势垒，用于收集电子和加快电子存储区与发光区间的电子传输速度；所述发光区，其包括若干交替生长的势阱和势垒，用于实现发光。并且，所述电子收集区的势垒高度比所述发光区的势阱高。本发明将GaN基LED的MQW有源区严格分成电子存储区、电子收集区和发光区，有利于促进LED行业的发展，且减少了GaN基LED结构的生长时间，节约源料、降低成本，有利于推进LED的照明普及，同时还能减小漏电，达到提高ESD良率及发光效率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及光电子器件领域，特别是涉及一种提高GaN基LED发光效率的多量子阱结构。
背景技术
现有的常用GaN基LED结构，从下至上包括以下几个部分：在衬底上生长非掺杂的u型GaN层、n型掺杂n型GaN、在n型GaN上刻蚀出来的n电极、多量子阱有源区（Multi-Quantum Wells,MQW）、n型掺杂的p型GaN、透明电极ITO和p电极。
常规的MQW结构如图1所示，其置于p层与n层之间，其有源区MQW通常是厚度固定或差异不大的垒材料和阱材料交替生长得到的超晶格或多量子阱结构。在这种MQW结构中，LED的亮度与MQW的超晶格或多量子阱结构中的阱、垒对数息息相关，在超晶格或多量子阱的总厚度小于电子自由程时，阱、垒对数越多，亮度越高。这种MQW结构，阱、垒对数越多，生长时间会越长，不符合降低成本、提高产能的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高GaN基LED发光效率的多量子阱结构，用于解决现有GaN基LED发光效率不高的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种提高GaN基LED发光效率的多量子阱结构，从下至上依次包括电子存储区、电子收集区和发光区；
所述电子存储区，其包括若干交替生长的势阱和势垒，用于存储电子；
所述电子收集区，其包括一个势垒，用于收集电子和加快电子存储区与发光区间的电子传输速度；
所述发光区，其包括若干交替生长的势阱和势垒，用于实现发光；
并且，所述电子收集区的势垒高度比所述发光区的势阱高
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述电子收集区采用AlGaN、AlInGaN、GaN或InGaN中任意一种材料或采用由AlGaN、AlInGaN、GaN和InGaN中任意多种组合而成的材料。
进一步，所述电子收集区的厚度为30nm-200nm。
进一步，所述电子存储区和所述发光区中势阱和势垒的数目根据实际需要确定。
进一步，所述的量子阱结构通过MOCVD（Metal-organic Chemical VaporDeposition，金属有机化学气相沉积）技术或MBE（Molecular Beam Epitaxy，分子束外延）技术依次逐层生长。
本发明的有益效果是：GaN基LED的MQW有源区被严格分成了三个部分，即电子存储区、电子收集区和发光区。这种全新的划分方式，有利于促进LED行业的发展。且本发明减少了GaN基LED结构的生长时间，节约源料、降低成本，有利于推进LED的照明普及，同时还减小漏电，提高ESD（Electro-Static discharge，静电释放）良率，从而提高了光电转换效率及发光效率。
附图说明
图1为现有技术中常规MQW的结构示意图；
图2为本发明所述多量子阱结构的示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、电子存储区，2、电子收集区，3、发光区。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图2所示，本实施例是一种提高GaN基LED发光效率的多量子阱结构，其置于p层与n层之间，且从下至上依次包括电子存储区1、电子收集区2和发光区3；
所述电子存储区1，其包括若干交替生长的势阱和势垒，用于存储电子；
所述电子收集区2，其包括一个势垒，用于收集电子和加快电子存储区与发光区间的电子传输速度；
所述发光区3，其包括若干交替生长的势阱和势垒，用于实现发光；
并且，所述电子收集区的势垒高度比所述发光区的势阱高。
本实施例中所述电子收集区的材料采用AlGaN、AlInGaN、GaN或InGaN中任意一种材料或采用由AlGaN、AlInGaN、GaN和InGaN中任意多种组合而成的材料。
对于所述电子收集区，其厚度选择范围为30nm-200nm。
在本实施例中，所述电子存储区1和所述发光区3中势阱和势垒的数目根据实际需要确定。
建立好上述结构模型后，通过MOCVD技术或MBE技术依次逐层生长所述的量子阱结构。
在实际中，一般蓝绿光LED采用InGaN做势阱材料，采用GaN做势垒材料，且InGaN与GaN是晶格失配的，在保证LED有较大光电转换效率前提下，势阱的厚度通常为3nm左右，势垒的厚度通常为10nm-15nm。
本实施例的多量子阱结构的工作原理为：
MQW有源区被严格分成了电子存储区、电子收集区和发光区，由于电子的迁移率远大于空穴，且有电子收集区的存在，使电子存储区不参与发光，只起到存储电子的作用。而电子收集区的势垒高度比发光区的势阱高，形成了厚垒层，用于收集电子和加快前量子阱与后量子阱间的电子传输速度，电子和空穴的辐射复合几乎全部集中在发光区。
也即是说，由于电子收集区的存在，电子存储区的电子被电子收集区限制在了电子存储区中，只有发光区中的电子与空穴发生复合后，电子存储区的电子在电场作用下被电子收集区快速运输到发光区中发生辐射复合，产生光电子，从而发光。
此外，电子收集区还具有更多优点：其势垒形成的厚垒层有阻挡作用，能减小漏电，即减小反向电流；能增加LED器件的抗静电能力，即会提高ESD良率；使得电流扩展，提高了光电转换效率；在电场作用下对电子的加速作用，会增大电子在MQW中的自由程，，显著提升亮度。
综上，实施例一中的量子阱结构在相同光电效率情况下，一次完整外延生长，比现有常规的MQW结构少用1小时-1.5小时。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种提高GaN基LED发光效率的多量子阱结构，其特征在于，从下至上依次包括电子存储区、电子收集区和发光区；
所述电子存储区，其包括若干交替生长的势阱和势垒，用于存储电子；
所述电子收集区，其包括一个势垒，用于收集电子和加快电子存储区与发光区间的电子传输速度；
所述发光区，其包括若干交替生长的势阱和势垒，用于实现发光；
并且，所述电子收集区的势垒高度比所述发光区的势阱高。
2.根据权利要求1所述的多量子阱结构，其特征在于，所述电子收集区采用AlGaN、AlInGaN、GaN或InGaN中任意一种材料或采用由AlGaN、AlInGaN、GaN和InGaN中任意多种组合而成的材料。
3.根据权利要求1所述的多量子阱结构，其特征在于，所述电子收集区的厚度为30nm-200nm。
4.根据权利要求1所述的多量子阱结构，其特征在于，所述电子存储区和所述发光区中势阱和势垒的数目根据实际需要确定。
5.根据权利要求1至4中任一所述的多量子阱结构，其特征在于，所述的多量子阱结构通过金属有机化学气相沉积技术或分子束外延技术依次逐层生长。
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