GaN基发光二极管外延结构制造技术

本申请涉及一种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，位于衬底上；发光层，位于N型外延层上；电子阻挡层，包括未掺杂阻挡层，未掺杂阻挡层包括依次叠设于发光层上的第一至第N层结构，第一层结构的带隙宽度大于发光层的带隙宽度，且第一至第N层结构的带隙宽度逐渐减小，N≥3；及P型外延层，位于电子阻挡层上。上述发光二极管外延结构，由于未掺杂阻挡层设计为多层结构且从第一层到第N层的带隙宽度呈递减趋势，使得能带弯曲平缓，有利于空穴克服势垒进入发光层。

Epitaxial structure of GaN based LED

【技术实现步骤摘要】
GaN基发光二极管外延结构
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。
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，氮化镓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。然而，一方面，由于空穴的迁移率远低于电子的迁移率，使得发光层中电子的注入效率较高而空穴的注入效率较低，发光层中电子和空穴的浓度分布不均匀，另一方面，注入发光层中的电子会流入P型外延层，在P型外延层中与P型外延层中的空穴复合而消耗空穴，使得P型外延层中输入发光层的空穴进一步减少，致使整个发光二极管的发光效率很低。虽然目前已经采用在发光层和P型外延层之间设置电子阻挡层的方式来阻挡电子的迁移，但是，在阻挡电子的同时，也限制了空穴的迁移。
技术实现思路
基于此，本申请针对氮化镓基发光二极管中电子阻挡层会影响空穴迁移的问题，提出一种GaN基发光二极管外延结构。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，包括未掺杂阻挡层，所述未掺杂阻挡层包括依次叠设于所述发光层上的第一至第N层结构，所述第一层结构的带隙宽度大于所述发光层的带隙宽度，且所述第一至第N层结构的带隙宽度逐渐减小，N≥3；及P型外延层，位于所述电子阻挡层上。上述GaN基发光二极管外延结构，其电子阻挡层包括未掺杂阻挡层，未掺杂阻挡层包括多层结构，其第一层结构的带隙宽度大于发光层的带隙宽度，从而使得从发光层到电子阻挡层形成一定高度的势垒，阻挡电子的迁移；同时，未掺杂阻挡层的第一层至第N层结构的带隙宽度逐渐减小，使得未掺杂阻挡层从第一层到第N层的能带逐渐下降，能带弯曲较为平缓，有利于空穴克服电子阻挡层的势垒，进入发光层。因此，通过在发光层和P型外延层之间设置上述未掺杂阻挡层，既可以在发光层至电子阻挡层方向形成一陡峭势垒，阻挡电子的迁移，又可以在P型外延层至发光层方向形成一平缓势垒，有利于空穴迁移至发光层，使得更多的空穴进入发光层与电子复合，提高发光二极管的发光效率。同时，第一至第N层结构均为未掺杂结构，有利于维持结构的稳定。在其中一个实施例中，所述未掺杂阻挡层包括三层结构，第一层结构为InAlGaN层，第二层结构为GaN层，第三层结构为InGaN层。在其中一个实施例中，所述未掺杂阻挡层包括四层结构，第一层结构为AlN层，第二层结构为InAlGaN层，第三层结构为GaN层，第四层结构为InGaN层。在其中一个实施例中，所述未掺杂阻挡层包括五层结构，第一层结构为AlN层，第二层结构为InAlGaN层，第三层结构为GaN层，第四层结构为InGaN层，第五层结构为InN。在其中一个实施例中，所述未掺杂阻挡层中各层结构的厚度不超过10nm。在其中一个实施例中，所述电子阻挡层还包括叠设于所述未掺杂阻挡层上的P型掺杂阻挡层，所述P型掺杂阻挡层的带隙宽度大于所述第N层结构的带隙宽度。在其中一个实施例中，所述P型掺杂阻挡层包括P型掺杂的InAlGaN层。在其中一个实施例中，所述P型掺杂阻挡层为第一多周期量子阱结构，所述第一多周期量子阱结构包括势垒和势阱，所述势阱的带隙宽度小于所述势垒的带隙宽度，且所述势阱的带隙宽度大于所述发光层的带隙宽度。在其中一个实施例中，所述P型掺杂阻挡层的厚度范围为20nm～50nm。在其中一个实施例中，所述发光层包括由InAlGaN组成的第二多周期量子阱结构。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为本申请第一实施例中未掺杂阻挡层的结构示意图；图3为本申请第二实施例中未掺杂阻挡层的结构示意图；图4为本申请第三实施例中未掺杂阻挡层的结构示意图。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和依次叠设在衬底上的N型外延层140、发光层160、电子阻挡层170和P型外延层180。其中，电子阻挡层170包括未掺杂阻挡层171，未掺杂阻挡层171包括依次叠设于发光层160上的第一至第N层结构，其中，第一层结构靠近发光层160，且第一层结构的带隙宽度大于发光层160的带隙宽度，未掺杂阻挡层中，第一层结构至第N层结构的带隙宽度逐渐减小，N≥3。上述GaN基发光二极管外延结构，其电子阻挡层包括未掺杂阻挡层，未掺杂阻挡层由于未进行掺杂而具有较为稳定的结构。同时，未掺杂阻挡层包括多层结构，从第一至第N层结构的带隙宽度呈递减趋势，从而使得从P型外延层到发光层方向的能带弯曲平缓，有利于空穴克服势垒进入发光层；且未掺杂阻挡层的第一层结构靠近发光层，第一层结构的带隙宽度大于发光层的带隙宽度，使得从发光层到电子阻挡层的势垒升高，且能带呈现陡峭上升趋势，能够有效阻挡电子跨越势垒，溢流出发光层。通过上述分析可知，在发光层和P型外延层之间设置上述电子阻挡层，在有效阻挡电子溢流的同时，降低对空穴的阻挡，使得更多的空穴和电子在发光层复合，从而提高发光二极管的发光效率。在一实施例中，上述未掺杂阻挡层171中的各层为不同半导体材料形成。在第一个具体实施例中，如图2所示，上述未掺杂阻挡层171包括三层结构，其中，第一层结构a1为InAlGaN层，第二层结构a2为GaN层，第三层结构a3为InGaN层。在第二个具体实施例中，如图3所示，上述未掺杂阻挡层171包括四层结构，其中，第一层结构b1为AlN层，第二层结构b2为InAlGaN层，第三层结构b3为GaN层，第四层结构b4为InGaN层。在第三个具体实施例中，如图4所示，上述未掺杂阻挡层171包括五层结构，第一层结构c1为AlN层，第二层结构c2为InAlGaN层，第三层结构c3为GaN层，第四层结构c4为InGaN层，第五层结构c5为InN。在上述实施例中，AlN的带隙宽度约为6.2eV，GaN的带隙宽度约为3.4eV，InN的带隙宽度约为0.7eV，上述几种化合物的带隙宽度关系为AlN＞InAlGaN＞GaN＞InGaN＞InN，因此，上述实施例中选用其中的几种材料进行组合，既能够调整能带弯曲，还能够使得各层之间具有很好的晶格匹配，同时不同材料之间成分的扩散程度更小，结构增加稳定。...

【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，包括未掺杂阻挡层，所述未掺杂阻挡层包括依次叠设于所述发光层上的第一至第N层结构，所述第一层结构的带隙宽度大于所述发光层的带隙宽度，且所述第一至第N层结构的带隙宽度逐渐减小，N≥3；及/nP型外延层，位于所述电子阻挡层上。/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，包括未掺杂阻挡层，所述未掺杂阻挡层包括依次叠设于所述发光层上的第一至第N层结构，所述第一层结构的带隙宽度大于所述发光层的带隙宽度，且所述第一至第N层结构的带隙宽度逐渐减小，N≥3；及
P型外延层，位于所述电子阻挡层上。


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，所述未掺杂阻挡层包括三层结构，第一层结构为InAlGaN层，第二层结构为GaN层，第三层结构为InGaN层。


3.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，所述未掺杂阻挡层包括四层结构，第一层结构为AlN层，第二层结构为InAlGaN层，第三层结构为GaN层，第四层结构为InGaN层。


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，所述未掺杂阻挡层包括五层结构，第一层结构为AlN层，第二层结构为InAlGaN层，第三层结构为GaN层，第四层结构为InGaN层，第五层结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：游正璋，卢国军，
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