一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法，涉及半导体发光器件技术领域，其中，所述GaN基发光二极管外延结构包括：衬底；第一类型外延层，位于所述衬底上；电子隧道层，位于所述第一类型外延层上远离所述衬底的一侧，用于控制所述第一类型外延层提供的电子形成隧道效应；量子阱结构层，位于所述电子隧道层上远离所述第一类型外延层的一侧；第二类型外延层，位于所述量子阱结构层上远离所述电子隧道层的一侧。采用上述技术方案，在第一类型外延层和量子阱结构层设置电子隧道层，保证第一类型外延层提供的电子发生隧道效应后进入量子阱结构层，增加电子和空穴在量子阱结构层内复合的发生几率，提高发光二极管的内量子效率。

GaN based light-emitting diode epitaxial structure and preparation method thereof

The embodiment of the invention discloses a GaN LED epitaxial structure and a preparation method thereof, and relates to the technical field of semiconductor light emitting device, which includes the GaN based light emitting diode epitaxial structure: a substrate; the first type epitaxial layer is arranged on the substrate; electron tunneling layer disposed on the first epitaxial layer away from the type of the one side of the substrate, forming a tunnel for electronic control effect of the first type epitaxial layer provide; quantum well structure, located in the electron tunneling layer away from the first type epitaxial layer on one side; second types of epitaxial layers in the quantum well structure layer away from the side of electron tunneling layer. By adopting the technical scheme, set up electronic tunneling layer on the first type epitaxial layer and the quantum well structure layer, ensure the tunneling electron first type epitaxial layer provided into the quantum well structure layer, the increase of electron and hole in the quantum well structure layer within the probability of occurrence of composite, improving the internal quantum efficiency of light emitting diode.

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法
本专利技术实施例涉及半导体发光器件
，尤其涉及一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法。
技术介绍
发光二极管作为固态光源以其高亮度、长寿命、节能环保以及体积小等优点成为国际半导体和照明领域研发与产业关注的焦点。发光二极管结构的内量子效率对其亮度和发光效率有着决定性的影响，因此，发光二极管外延片要提高发光料率，最根本的办法就是要提高外延结构的内量子效率。在发光二极管中，电子是多数载流子，有效质量小，迁移率高，空穴是少数载流子，有效质量大，迁移率低，空穴与电子在有源区发生复合的效率为发光二极管发光的内量子效率。为了提高内量子效率，也即提高发光效率，需要产生的电子和空穴尽可能多的在有源区发生复合。现有的提高内量子效率的技术方案主要集中在p型GaN侧，通常在有源区与p型之间插入一层高势垒层，也叫电子阻挡层，其结构图与能带示意图分别如图1，2所示，如图1所示，发光二极管外延结构包括衬底101、N型半导体层102、多量子阱有源区103、电子阻挡层104以及P型半导体层105，利用电子阻挡层这一高势垒层限制迁移过快及过多的电子越过有源区、直接进入p型区域，而将其挡在有源区区域，与空穴发生复合产生有源区对应波段的光。但是，上述技术方案的高势垒层，需要高于量子阱区域带宽的材料，一般为高Al组分的AlGaN组成，由于Al的预反应剧烈，导致高组分的AlGaN的生长难度很大，而且会污染腔体环境。随着高电流密度的大功率LED的发展，高势垒层无论从可行性还是对电子的阻挡作用来讲都会变得非常有限。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法，以解决现有技术中采用电子阻挡层提高内量子效率可行性较低的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管外延结构，包括：衬底；第一类型外延层，位于所述衬底上；电子隧道层，位于所述第一类型外延层上远离所述衬底的一侧，用于控制所述第一类型外延层提供的电子形成隧道效应；量子阱结构层，位于所述电子隧道层上远离所述第一类型外延层的一侧；第二类型外延层，位于所述量子阱结构层上远离所述电子隧道层的一侧。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种GaN基发光二极管外延结构的制备方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上生长第一类型外延层；在所述第一类型外延层上远离所述衬底的一侧生长电子隧道层，所述电子隧道层用于控制所述第一类型外延层提供的电子形成隧道效应；在所述电子隧道层上远离所述第一类型外延层的一侧生长量子阱结构层；在所述量子阱结构层上远离所述电子隧道层的一侧生长第二类型外延结构。本专利技术实施例提供的GaN基发光二极管外延结构及其制备方法，GaN基发光二极管外延结构包括衬底，位于衬底上的第一类型外延层，位于第一类型外延层上远离衬底一侧的电子隧道层，位于电子隧道层上远离第一类型外延层一侧的量子阱结构层以及位于量子阱结构层上远离电子隧道层一侧的第二类型外延层，通过在第一类型外延层和量子阱结构层设置电子隧道层，为第一类型外延层提供的电子开辟了新的通向量子阱结构层的通道与捷径，电子在电子隧道层发生隧道效应后进入量子阱结构层，增加电子和空穴在量子阱结构层内复合的发生几率，避免了过多电子溢出至第二类型外延层的情况发生，提高发光二极管的内量子效率，解决现有技术中采用电子阻挡层提高内量子效率可行性较低的技术问题。附图说明为了更加清楚地说明本专利技术示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本专利技术所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。图1是现有技术中一种发光二极管外延结构的结构示意图；图2是图1所示的发光二极管外延结构的能带示意图；图3是本专利技术实施例一提供的一种GaN基发光二极管外延结构的结构示意图；图4是图3所示的GaN基发光二极管外延结构的能带示意图；图5是本专利技术实施例一提供的另一种GaN基发光二极管外延结构的结构示意图；图6是本专利技术实施例二提供的一种GaN基发光二极管外延结构的制备方法的流程示意图；图7为本专利技术实施例二提供的三种不同的发光二极管外延结构的发光图谱对比图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本专利技术实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本专利技术的技术方案。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本专利技术的保护范围之内。实施例一图3是本专利技术实施例一提供的一种GaN基发光二极管外延结构的结构示意图，具体的，本专利技术实施例一提供一种GaN基发光二极管外延结构。如图3所示，所述GaN基发光二极管外延结构可以包括：衬底10；第一类型外延层20，位于衬底10上；电子隧道层30，位于第一类型外延层20上远离衬底10的一侧，用于控制第一类型外延层20提供的电子形成隧道效应；量子阱结构层40，位于电子隧道层上30远离第一类型外延层20的一侧；第二类型外延层50，位于量子阱结构层40上远离电子隧道层30的一侧。示例性的，本专利技术实施例提供的发光二极管外延结构为GaN基发光二极管外延结构，GaN是制作发光二极管外延结构的材料之一，GaN是极稳定的化合物和坚硬的高熔点材料，也是直接跃迁的宽带隙半导体料，不仅具有良好的物理和化学性质，而且具有电子饱和速率高、热导率好、禁带宽度大和介电常数小等特点和强的抗辐照能力，可用来制备稳定性能好、寿命长、耐腐蚀和耐高温的大功率器件。可选的，衬底10的材料可以为Si、SiC或者蓝宝石，还可以是其他材料，本专利技术实施例不对衬底10的材料进行限定。第一类型外延层20具体可以为N型GaN层，具体可以是在GaN层中通过掺杂杂质得到N型GaN层，例如掺杂Si杂质。可选的，第一类型外延层20中的多子为电子。电子隧道层30可以用于控制第一类型外延层20提供的过量的、快速迁移的电子在电子隧道层30形成新的通道，疏导电子至量子阱结构层40。具体的，电子隧道层30可以用于控制电子在电子隧道层30形成隧道效应，其工作原理来自于量子力学的隧道效应理论，根据隧道效应理论，微观粒子(电子)运动遇到一个高于粒子能量的势垒，可以解出除了在势垒处的反射外，还有透过势垒的波函数，这表明在势垒的另一边，粒子具有一定的概率，粒子贯穿势垒。具体到本专利技术实施例，在电子隧道层30中电子具有一定的概率，贯穿电子隧道层30，传输至量子阱结构层40。可选的，电子隧道层30的势能小于量子阱结构层40的势能，具体的，电子隧道层30的势能比量子阱结构层40的势能小0.1ev左右。可选的，电子隧道层30可以包括电子震荡层301和应力控制层302，电子震荡层301用于控制电子形成震荡的亚稳态结构，应力控制层302用于对量子阱结构层40进行应力控制。具体的，电子震荡层301可以用于为应力控制层302进行界面的预处理，俘获第一类型外延层20提供的电子，并控制电子在此形成震荡的亚稳态结构；应力控制层302可以用于为量子阱结构层40做应力释放并控制电子在此处积蓄势能，形成与电子震荡层301的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，包括：衬底；第一类型外延层，位于所述衬底上；电子隧道层，位于所述第一类型外延层上远离所述衬底的一侧，用于控制所述第一类型外延层提供的电子形成隧道效应；量子阱结构层，位于所述电子隧道层上远离所述第一类型外延层的一侧；第二类型外延层，位于所述量子阱结构层上远离所述电子隧道层的一侧。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，包括：衬底；第一类型外延层，位于所述衬底上；电子隧道层，位于所述第一类型外延层上远离所述衬底的一侧，用于控制所述第一类型外延层提供的电子形成隧道效应；量子阱结构层，位于所述电子隧道层上远离所述第一类型外延层的一侧；第二类型外延层，位于所述量子阱结构层上远离所述电子隧道层的一侧。2.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，所述电子隧道层包括电子震荡层和应力控制层，所述电子震荡层用于控制所述电子形成震荡的亚稳态结构，所述应力控制层用于对所述量子阱结构层进行应力控制。3.根据权利要求2所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，所述电子震荡层的厚度小于所述应力控制层的厚度。4.根据权利要求2所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，所述电子震荡层的禁带宽度小于所述应力控制层的禁带宽度。5.根据权利要求2所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，所述电子震荡层为单层InGaN结构，或者InGaN层和GaN层的循环结构，其中，In的固态组分为0.5％-3.5％。6.根据权利要求2所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，所述应力控制层为单层InGaN结构，或者InGaN层和GaN层的循环结构，其中，In的固态组分为3.5％-8.0％。7.根据权利要求5或6所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，当所述电子震荡层或者所述应力控制层为InGaN层和GaN层的循环结构时，所述InGaN层与GaN层之间的厚度比例范围为0.5-3。8.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，所述量子阱结构层包括InGaN势阱层和GaN势垒层的循环结构。9.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，还包括非掺杂GaN层，位于所述衬底与所述第一类型外延层之间。10.根据权利要求9所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，还包括氮化物成核层，位于所述衬底与所述非掺杂GaN层之间。11.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，所述第一类型外延层为N型GaN层，所述第二类型外延层为P型GaN层。12.一种GaN基发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于，包括：提供一衬底；在所述衬底上生长第一类型外延层；在所述第一类型外延层上远离所述衬底的一侧生长电子隧道层，所述电子隧道层用于控制所述第一类型外延层提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国斌，徐春阳，邢志刚，张伟，
申请(专利权)人：中晟光电设备上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31