[發(fā)明專利]一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610722770.6
• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號: CN107919416B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發(fā)明（設計）人: 展望;馬后永;琚晶;游正璋;李起鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 映瑞光電科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 周乃鑫;周榮芳

一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，P?GaN層包含兩種不同方法生長的第一P型GaN層和第二P型GaN層，第一P型GaN層是由未摻雜GaN層和未摻雜MgN層交替生長而成，第二P型GaN層是由InGaN層和未摻雜MgN層交替生長而成，P型GaN層的摻雜來自于Mg的擴散作用，通過擴散的方式使Mg更好地取代Ga位，減少了Mg?H鍵的形成，提高了P型層Mg的活化性能和摻雜濃度，同時利用In的原子活性減少Mg的激活能，提高了Mg的激活效率和Mg的摻雜效率，增大了P層的空穴濃度和空穴注入效率，提升了LED器件的發(fā)光效率，另一方面也提升了抗靜電能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)光二極管制造領(lǐng)域，尤其涉及一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

以GaN為代表的III-V族氮化物材料在近十年來得到了廣泛的研究、發(fā)展及應用。如圖1所示，所述的GaN基發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)依次包含：設置在襯底1’上的成核層2’，設置在成核層2’上的GaN層3’，設置在GaN層3’上的N型GaN層4’，設置在N型GaN層4’上的多量子阱（MQW）發(fā)光層5’，以及設置在多量子阱發(fā)光層5’上的P型GaN層6’。GaN基高效發(fā)光二極管具有壽命長、節(jié)能、綠色環(huán)保等顯著特點，已被廣泛應用于照明、大屏幕顯示、交通信號、多媒體顯示和光通訊領(lǐng)域。

但是，GaN基發(fā)光二極管（LED）的發(fā)光效率會受到眾多因素的影響導致發(fā)光效率偏低，嚴重制約了GaN半導體發(fā)光二極管作為高亮度、高功率器件在照明領(lǐng)域的商業(yè)應用。

GaN的P型摻雜相對困難，P型摻雜濃度遠低于N型摻雜濃度。同時，空穴的有效質(zhì)量遠大于電子的有效質(zhì)量，導致空穴的遷移率遠小于電子的遷移率。這兩方面因素使得空穴向多量子阱區(qū)域的注入率遠小于電子的注入率，造成了電子與空穴注入的不匹配，LED的發(fā)光效率受到限制以及出現(xiàn)大電流下發(fā)光效率衰減的問題。增強空穴的注入，對提升LED的發(fā)光性能具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，通過擴散的方式形成P-GaN層，使Mg更好地取代Ga位，減少了Mg-H鍵的形成，提高了P型層Mg的活化性能和摻雜濃度，同時利用In的原子活性減少Mg的激活能，提高了Mg的激活效率和Mg的摻雜效率，增大了P層的空穴濃度和空穴注入效率，提升了LED 器件的發(fā)光效率，另一方面也提升了抗靜電能力。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，包含：

設置在襯底上的成核層；

設置在成核層上的未摻雜GaN層；

設置在未摻雜GaN層上的N型GaN層；

設置在N型GaN層上的多量子阱發(fā)光層；

以及，設置在多量子阱發(fā)光層上的P型GaN層；

所述的P型GaN層包含：

設置在多量子阱發(fā)光層上的第一P型GaN層；

設置在第一P型GaN層上的第二P型GaN層；

所述的第一P型GaN層包含：多個疊加的第一類循環(huán)層，該第一類循環(huán)層包含未摻雜GaN層和設置在未摻雜GaN層上的未摻雜MgN層，最底層的第一類循環(huán)層設置在多量子阱發(fā)光層上，最頂層的第一類循環(huán)層上設置第二P型GaN層，該第一類循環(huán)層的數(shù)量n滿足1 ≤n ≤ 50；

所述的第二P型GaN層包含：多個疊加的第二類循環(huán)層，該第二類循環(huán)層包含In_xGa_(1-x)N層和設置在In_xGa_(1-x)N層上的未摻雜MgN層，最底層的第二類循環(huán)層設置在第一P型GaN層上，該第二類循環(huán)層的數(shù)量m滿足1 ≤ m ≤ 50，所述的In_xGa_(1-x)N層中，0＜ x ≤0.2。