[發(fā)明專利]一種改善GaN基LED效率下降的外延結(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410356966.9
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN104134732A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 琚晶;馬后永;李起鳴;徐慧文;孫傳平
• 申請（專利權(quán)）人: 映瑞光電科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01L33/26
• 分類號: H01L33/26;H01L33/06
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及GaN基藍光LED制造領(lǐng)域，尤其涉及一種可以改善LED效率下降的外延結(jié)構(gòu)。?

背景技術(shù)

發(fā)光二極管(LED，Light?Emitting?Diode)是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，其利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光材料，可以直接將電轉(zhuǎn)換為光。GaN(氮化鎵)基高亮度發(fā)光二極管是目前光電子領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)的前沿和熱點。當(dāng)前InGaN(氮化銦鎵)、GaN基LED的發(fā)光效率已經(jīng)有了顯著地改善，但對于大功率GaN基LED來說，存在著嚴重的量子效率下降(efficiency?droop)問題，即在大電流注入的情況下，LED的內(nèi)量子效率會迅速下降。前人提出了很多機制去解釋這種現(xiàn)象，包括極化電場、電子泄露，有源區(qū)載流子分布不均勻、俄歇非輻射復(fù)合等。從之前的研究來看，空穴注入效率不高，且電子向P端泄露是造成大電流下量子效率下降的可能原因之一。?

針對電子阻擋不夠的問題，有研究者提出了電子阻擋層(Electron?Blocking?Layer，EBL)。然而，由于異質(zhì)結(jié)之間極化電場的存在，電子阻擋層會向下傾斜，在大電流注入條件下，傳統(tǒng)的電子阻擋層仍然不足以阻擋電子向P端的泄露，同時傳統(tǒng)電子阻擋層大的禁帶寬度也阻礙了空穴向多量子阱層的注入。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種改善GaN基LED效率下降的外延結(jié)構(gòu)，在大電流驅(qū)動條件下，一方面能夠進一步阻擋大量電子向P端泄露，另一方面也增加了空穴向多量子阱層的注入，因而可以提高GaN基LED在大電流條件下的發(fā)光效率。?

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種改善GaN基LED效率下降的外延結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括襯底和依次堆疊在襯底上的GaN底層、超晶格應(yīng)力釋放層、多量子阱層、P型InGaN插入層、P型電子阻擋層以及P型GaN層。?

進一步的，所述P型InGaN插入層為脈沖式Mg摻雜，In的組分從0％至7％漸變；所述P型InGaN插入層的厚度為3nm～12nm，Mg摻雜濃度范圍是1e18cm^-3～1e19cm^-3。?

進一步的，所述電子阻擋層為pAlGaN、或者由pAlGaN/pGaN組成的超晶格結(jié)構(gòu)，所述電子阻擋層的厚度為30～80nm。?

進一步的，所述P型GaN層中鎂的摻雜濃度范圍是1e19cm^-3～6e20cm^-3，所述P型GaN層的厚度為30nm～50nm。?

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：在多量子阱層和P型電子阻擋層之間形成P型InGaN插入層，由于P型InGaN插入層中銦組分漸變，所以能夠改善GaN勢壘與插入層之間的晶格失配引起的極化電場，此外，跟傳統(tǒng)電子阻擋層相比，銦鎵氮具有比較小的禁帶寬度；因而能夠增加空穴注入效率，阻止電子向P端泄露，提高GaN基LED在大電流條件下的發(fā)光效率。?

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例中改善GaN基LED效率下降的外延結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；?

圖2為本發(fā)明一實施例中改善GaN基LED效率下降的外延結(jié)構(gòu)的制作流程圖；?

圖3至圖6為本發(fā)明一實施例中可以改善GaN基LED效率下降的外延結(jié)構(gòu)制造過程中的剖面示意圖。?

具體實施方式

下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的改善GaN基LED效率下降的外延結(jié)構(gòu)進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以?修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。?

為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當(dāng)認為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。?

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。?

正如背景技術(shù)所提及的，在大電流注入下，有源區(qū)存在大量的電子，因而將會有過量的電子泄露到P端；同時，由于空穴的有效質(zhì)量比較大，導(dǎo)致它向有源區(qū)的注入不是很均勻，主要集中在靠近P端的勢阱中。?