GaN基发光二极管外延结构及其制备方法技术

本申请涉及一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法，该外延结构包括：衬底；N型外延层，位于衬底上；发光层，位于N型外延层上；电子阻挡层，位于发光层上；及P型外延层，包括依次叠设于电子阻挡层上的第一P型层、第二P型层和第三P型层，第三P型层用于引出金属电极，各P型层的禁带宽度关系为：第二P型层＞第一P型层＞第三P型层，各P型层的掺杂浓度关系为：第二P型层＜第一P型层＜第三P型层。本申请形成具有三层结构的P型外延层，通过调节各层结构的禁带宽度和掺杂浓度，使得P型外延层能够兼顾进一步阻挡电子、提高空穴的浓度和迁移率、降低P型外延层和金属电极之间接触电阻的问题。

【技术实现步骤摘要】
GaN基发光二极管外延结构及其制备方法
本专利技术涉及发光二极管领域，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
氮化镓是现今半导体照明中蓝光发光二极管的核心材料，GaN基发光二极管的外延结构包括多层结构，其中核心层次为N型外延层、发光层和P型外延层，通过将N型外延层中的电子和P型外延层中的空穴输送至发光层，电子和空穴在发光层进行复合发光。在该GaN基发光二极管的外延结构中，P型外延层一方面需要具有较高的禁带宽度以进一步阻挡电子从发光层溢流至P型外延层，另一方面又需要掺杂较高浓度的P型杂质，以为发光层输送足够的空穴，同时，P型外延层还需要引出金属电极，为了减小P型外延层与金属电极之间的接触电阻，也需要掺入较高浓度的P型杂质。然而，在半导体材料中，GaNP型掺杂比较难，尤其禁带宽度越大，就越难进行P型掺杂，即难以提高空穴浓度。
技术实现思路
基于此，本申请为进一步提高氮化镓基发光二极管P型外延层的电子阻挡能力、空穴的浓度和迁移效率，加强空穴的注入效率，提出一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法。一种GaN基发光二极管外延结构，包括：衬底；N型外延层，位于所述衬底上；发光层，位于所述N型外延层上；电子阻挡层，位于所述发光层上；及P型外延层，包括依次叠设于所述电子阻挡层上的第一P型层、第二P型层和第三P型层，所述第三P型层用于引出金属电极，各所述P型层的禁带宽度关系为：第二P型层＞第一P型层＞第三P型层，各所述P型层的掺杂浓度关系为：第二P型层＜第一P型层＜第三P型层。上述GaN基发光二极管外延结构，其P型外延层整体上分为三层，从下至上依次是第一P型层、第二P型层和第三P型层。其中，第二P型层的禁带宽度最大，兼具进一步阻挡电子和提供空穴；第一P型层的禁带宽度小于第二P型层，第一P型层比第二P型层更容易进行P型掺杂，因此，第一P型层的掺杂浓度比第二P型层的高，主要用于提供空穴，且同时具有一定的电子阻挡作用；第三P型层的禁带宽度最小，最容易进行P型掺杂，其P型掺杂的掺杂浓度最高，从第三P型层引出金属电极时，能减小第三P型层与金属电极之间的接触电阻。在本申请中，P型外延层设置为上述三层结构，其中，第一P型层能够为发光层提供较多的空穴，第二P型层能够对电子起到进一步的阻挡作用和提供空穴，第三P型层能够降低P型外延层与金属电极的接触电阻，通过设置多层结构，使P型外延层能够有效提高进一步的电子阻挡能力、提高P型掺杂浓度，提高空穴的浓度和迁移率。在其中一个实施例中，定义所述第一P型层的厚度为D1，定义所述第二P型层的厚度为D2，定义所述第三P型层的厚度为D3，则有：D2＞D1＞D3。在其中一个实施例中，0＜D1≤50nm，0＜D2≤100nm，0＜D3≤20nm。在其中一个实施例中，所述第一P型层具有交替叠设的第一势垒和第一势阱，所述第二P型层具有交替叠设的第二势垒和第二势阱，所述第三P型层具有交替叠设的第三势垒和第三势阱。在其中一个实施例中，定义所述第一势垒的厚度为d11，所述第一势阱的厚度为d12，定义所述第二势垒的厚度为d21，所述第二势阱的厚度为d22，定义所述第三势垒的厚度为d31，所述第三势阱的厚度为d32，则有：d22＞d21＞d12＞d11＞d32＞d31。在其中一个实施例中，定义在所述第一P型层中由相邻第一势垒和第一势阱组成的周期结构的周期数为n1，定义在所述第二P型层中由相邻第二势垒和第二势阱组成的周期结构的周期数为n2，定义在所述第三P层中由相邻第三势垒和第三势阱组成的周期结构的周期数为n3，则有：n2＞n1＞n3，其中，1≤n1≤10，1≤n2≤15，1≤n3≤5，且d11和d12均不超过20nm，d21和d22均不超过50nm，d31和d32均不超过10nm。在其中一个实施例中，所述P型外延层的材料为AlxInyGa1-x-yN，0≤x≤0.3，0≤y≤0.2。一种GaN基发光二极管外延结构的制备方法，包括：提供衬底；在所述衬底上生长N型外延层；在所述N型外延层上生长发光层；在所述发光层上生长电子阻挡层；及在所述电子阻挡层上生长P型外延层，生长所述P型外延层的步骤包括：在所述电子阻挡层上依次生长第一P型层、第二P型层和第三P型层，各所述P型层的禁带宽度关系为：第二P型层＞第一P型层＞第三P型层，各所述P型层的掺杂浓度关系为：第二P型层＜第一P型层＜第三P型层。通过上述制备方法形成的GaN基发光二极管外延结构，其P型外延层具有三层结构，其中，靠近发光层的第一P型层禁带宽度较低，掺杂浓度较高，能够为发光层提供较多的空穴，第二P型层禁带宽度较高，对电子具有进一步的阻挡作用，第三P型层禁带宽度最低，其掺杂浓度最高，能够降低P型外延层与金属电极之间的接触电阻。在本申请中，通过形成上述结构，使P型外延层能够有效提升进一步的电子阻挡能力、提高掺杂浓度，提高空穴的浓度和迁移率。在其中一个实施例中，各所述P型层的生长温度关系为：第二P型层＞第三P型层＞第一P型层。在其中一个实施例中，所述第一P型层的生长温度范围为600℃～800℃，所述第二P型层的生长温度范围为850℃～1000℃，所述第三P型层的生长温度范围为800℃～950℃。附图说明图1为本申请一实施例中GaN基发光二极管外延结构的结构示意图；图2为本申请一实施例中GaN基发光二极管外延结构的能带示意图；图3为本申请一实施例GaN基发光二极管外延结构的制备方法步骤流程图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的首选实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本申请涉及一种GaN基发光二极管外延结构，如图1所示，该外延结构包括衬底110和第一叠设于衬底110上的N型外延层140、发光层160、电子阻挡层170和P型外延层180。进一步的，P型外延层180包括依次叠设于电子阻挡层170上的第一P型层P1、第二P型层P2和第三P型层P3，第三P型层P3用于引出金属电极190。其中，第二P型层P2的禁带宽度大于第一P型层P1的禁带宽度，第一P型层P1的禁带宽度大于第三P型层P3的禁带宽度，同时，第二P型层P2的掺杂浓度小于第一P型层P1的掺杂浓度，第一P型层P1的掺杂浓度小于第三P型层P3的掺杂浓度。上述GaN基发光二极管外延结构，其P型外延层180包含三层结构，其中，第二P型层P2位于P型外延层180的中间，其禁带宽度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，包括：/n衬底；/nN型外延层，位于所述衬底上；/n发光层，位于所述N型外延层上；/n电子阻挡层，位于所述发光层上；及/nP型外延层，包括依次叠设于所述电子阻挡层上的第一P型层、第二P型层和第三P型层，所述第三P型层用于引出金属电极，各所述P型层的禁带宽度关系为：第二P型层＞第一P型层＞第三P型层，各所述P型层的掺杂浓度关系为：第二P型层＜第一P型层＜第三P型层。/n

【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；
N型外延层，位于所述衬底上；
发光层，位于所述N型外延层上；
电子阻挡层，位于所述发光层上；及
P型外延层，包括依次叠设于所述电子阻挡层上的第一P型层、第二P型层和第三P型层，所述第三P型层用于引出金属电极，各所述P型层的禁带宽度关系为：第二P型层＞第一P型层＞第三P型层，各所述P型层的掺杂浓度关系为：第二P型层＜第一P型层＜第三P型层。


2.如权利要求1所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，定义所述第一P型层的厚度为D1，定义所述第二P型层的厚度为D2，定义所述第三P型层的厚度为D3，则有：D2＞D1＞D3。


3.如权利要求2所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，0＜D1≤50nm，0＜D2≤100nm，0＜D3≤20nm。


4.如权利要求1所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，所述第一P型层具有交替叠设的第一势垒和第一势阱，所述第二P型层具有交替叠设的第二势垒和第二势阱，所述第三P型层具有交替叠设的第三势垒和第三势阱。


5.如权利要求4所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征在于，定义所述第一势垒的厚度为d11、所述第一势阱的厚度为d12，定义所述第二势垒的厚度为d21、所述第二势阱的厚度为d22，定义所述第三势垒的厚度为d31、所述第三势阱的厚度为d32，则有：d22＞d21＞d12＞d11＞d32＞d31。


6.如权利要求5所述的GaN基发光二极管外延结构，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢国军，游正璋，
申请(专利权)人：映瑞光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31