[發明專利]一種具有復合電子阻擋層的發光二極管及其制備方法

在審

• 申請號: 202010446626.0
• 申請日: 2020-05-25
• 公開（公告）號: CN111640829A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 董金礦;汪玉;黃文賓;周宏敏;李政鴻;林兓兓;張家豪
• 申請（專利權）人: 安徽三安光電有限公司
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/06;H01L33/32;H01L33/00
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本發明屬于半導體領域，尤其涉及一種具有復合電子阻擋層的發光二極管及其制備方法，其中復合電子阻擋層位于有源層和P型半導體層之間，為AlxInyGa1?x?yN層和石墨烯層周期性交替層疊形成。本發明可以促進空穴橫向擴展，改善電子溢流，提升亮度。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，尤其涉及一種具有由AlxInyGa1-x-yN層和石墨烯周期性交替層疊形成的復合電子阻擋層的發光二極管及其制備方法。

背景技術

發光二極管（LED）具有體積小、效率高和壽命長等優點，在交通信號燈、戶外照明、汽車燈等領域有著廣泛的應用。

GaN基LED的外延片從下至上通常包括襯底、N型GaN層、有源層、電子阻擋層和P型GaN層，當電流通過時，N型GaN層的電子和P型GaN層的空穴進入多量子阱層復合發光。

目前限制發光亮度的主要是空穴和電子的復合效率低，空穴的質量較電子大，所以電子的遷移率比空穴要快，為了防止電子溢流到P型GaN層，提高空穴電子的復合效率，目前常用的是引入P型AlGaN層作為電子阻擋層，以改善電子溢流。雖然P型AlGaN層可以改善電子的溢流，但是由于其高的勢能位壘，對空穴也會有阻擋作用，從而降低了空穴注入有源層的幾率；另外，空穴的橫向擴展能力也是決定復合效率的關鍵因素。

發明內容

因此，為了提高空穴的注入效率及其橫向擴展能力，本發明設計一種復合電子阻擋層，其為AlxInyGa1-x-yN層和石墨烯層周期性交替層疊形成，借由石墨烯層增加空穴的橫向擴展能力，同時借由AlxInyGa1-x-yN層提高空穴的注入效率。具體技術方案如下：

一種具有復合電子阻擋層的發光二極管，至少包括：襯底；N型半導體層，位于襯底上；有源層，位于N型半導體層上；P型半導體層，位于有源層上；N電極，電連接于N型半導體層；P電極，電連接于P型半導體層；其特征在于：還包括復合電子阻擋層，所述復合電子阻擋層為AlxInyGa1-x-yN層和石墨烯層周期性交替層疊形成，位于有源層和P型半導體層之間，其中0x1，0y1, x+y1。

進一步地，所述AlxInyGa1-x-yN層中通過調節Al與In的配比，使AlxInyGa1-x-yN層的功函數與石墨烯層的功函數匹配。

進一步地，所述AlxInyGa1-x-yN層中Al組分含量由有源層一側向P型層一側逐層遞減。優選的，所述AlxInyGa1-x-yN層中Al組分含量由有源層一側向P型層一側按照10%~50%的比例逐層遞減。

進一步地，所述AlxInyGa1-x-yN層為p型摻雜層。優選的，其中所述p型摻雜的雜質濃度小于1E19/cm³。

進一步地，所述復合電子阻擋層的厚度范圍為50-150nm。優選的，所述復合電子阻擋層中的一個周期中AlxInyGa1-x-yN層的厚度范圍10~30nm，石墨烯層的厚度范圍為0.3~3nm。

進一步地，所述復合電子阻擋層中AlxInyGa1-x-yN層與石墨烯層的層數相同。優選的，所述復合電子阻擋層的周期數范圍為2~10。

進一步地，所述復合電子阻擋層的一個周期中AlxInyGa1-x-yN層靠近有源層一側，石墨烯層靠近P型半導體層一側。

本發明的另一實施例中，提供了上述的一種具有復合電子阻擋層的發光二極管的制備方法，包括如下步驟：

提供一襯底，在所述襯底上依次沉積N型半導體、有源層和P型半導體層，其特征在于：

在所述有源層和P型半導體層之間沉積復合電子阻擋層，所述復合電子阻擋層為AlxInyGa1-x-yN層和石墨烯層周期性交替層疊形成。