[發(fā)明專利]一種GaN基LED外延結構及其制備方法、發(fā)光二極管

在審

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• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN111276583A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 李成果;曾巧玉;張康;姜南;趙維;陳志濤
• 申請（專利權）人: 廣東省半導體產(chǎn)業(yè)技術研究院
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 郭斌莉

本發(fā)明提供了一種GaN基LED外延結構及其制備方法、發(fā)光二極管，涉及半導體技術領域，該GaN基LED外延結構包括由下而上依次設置的襯底、n型摻雜層、量子阱有源層、電子阻擋層和p型摻雜層，n型摻雜層形成在襯底上，量子阱有源層形成在n型摻雜層上，電子阻擋層形成在量子阱有源層上，p型摻雜層形成在電子阻擋層上，其中p型摻雜層的極性與電子阻擋層的極性相反。在p型摻雜層的極性與電子阻擋層的界面處存在高密度凈極化負電荷，因此誘導電子阻擋層導帶能級抬得更高，產(chǎn)生一個更高的勢壘阻擋電子泄漏，同時降低空穴注入的阻擋勢壘，實現(xiàn)電子阻擋效率和空穴注入效率的提高，從而提高了發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體技術領域，具體而言，涉及一種GaN基LED外延結構及其制備方法、發(fā)光二極管。

背景技術

基于GaN的發(fā)光二極管(LED)通常面臨在大電流下發(fā)光效率下降、發(fā)熱增加的問題。電子從量子阱結構的有源區(qū)泄漏被認為是效率下降的主要原因之一。為了防止電子泄漏，通常在有源區(qū)與p型區(qū)域間加入一層電子阻擋層，比如說AlGaN層。該電子阻擋層具有比量子壘更高的導帶能級，因而可以阻擋電子從有源區(qū)泄漏到p型區(qū)域。但由于在電子阻擋層與量子壘界面極化電荷的影響，電子阻擋層能帶向下彎曲，從而降低了阻擋電子的有效勢壘高度。另一方面，電子阻擋層的價帶往往也比p型區(qū)域和量子壘能級高，因此電子阻擋層在阻擋電子的同時，也會阻擋空穴注入到有源區(qū)，導致空穴注入效率降低。提高電子阻擋勢壘高度以及降低空穴阻擋高度是提高GaN LED發(fā)光效率的有效方法。

在基于AlGaN的電子阻擋層LED結構中，增加AlGaN層中的Al組分來提高電子阻擋勢壘高度，但同時也會增加阻擋空穴注入的勢壘高度。為了減小極化效應對電子阻擋勢壘高度的影響，有研究報道采用極性匹配的AlInN或者AlGaInN層理論上可減小電子阻擋層與量子壘間的極化電荷，從而提高有效電子阻擋勢壘，但實際AlInN和AlGaInN材料生長比較困難。目前還未有有效地手段能夠在阻擋有源區(qū)電子泄漏到發(fā)光二極管的p摻雜區(qū)域，同時又降低空穴注入的阻擋勢壘，實現(xiàn)電子阻擋效率和空穴注入效率的提高。

有鑒于此，設計制造出一種能夠?qū)崿F(xiàn)電子阻擋效率和空穴注入效率的提高，從而提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率的GaN基LED外延結構就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種GaN基LED外延結構，其能夠?qū)崿F(xiàn)電子阻擋效率和空穴注入效率的提高，從而提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種GaN基LED外延結構的制備方法，能夠?qū)崿F(xiàn)電子阻擋效率和空穴注入效率的提高。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種發(fā)光二極管，發(fā)光效率高。

本發(fā)明是采用以下的技術方案來實現(xiàn)的。

在一方面，本發(fā)明提供了一種GaN基LED外延結構，包括：

襯底；

形成在所述襯底上的n型摻雜層；

形成在所述n型摻雜層上的量子阱有源層；

形成在所述量子阱有源層上的電子阻擋層；

形成在所述電子阻擋層上的p型摻雜層；

其中，所述p型摻雜層的極性與所述電子阻擋層的極性相反。

進一步地，所述量子阱有源層、所述n型摻雜層和所述電子阻擋層的極性相同。

進一步地，所述電子阻擋層為鎵面極性，所述p型摻雜層為氮面極性。

進一步地，所述電子阻擋層的能帶寬度大于所述量子阱有源層中勢壘的能帶寬度。

進一步地，所述n型摻雜層的材料為Si摻雜的GaN或者AlGaN或者AlN。