一种GaN基LED外延结构及其制备方法、发光二极管技术

本发明专利技术提供了一种GaN基LED外延结构及其制备方法、发光二极管，涉及半导体技术领域，该GaN基LED外延结构包括由下而上依次设置的衬底、n型掺杂层、量子阱有源层、电子阻挡层和p型掺杂层，n型掺杂层形成在衬底上，量子阱有源层形成在n型掺杂层上，电子阻挡层形成在量子阱有源层上，p型掺杂层形成在电子阻挡层上，其中p型掺杂层的极性与电子阻挡层的极性相反。在p型掺杂层的极性与电子阻挡层的界面处存在高密度净极化负电荷，因此诱导电子阻挡层导带能级抬得更高，产生一个更高的势垒阻挡电子泄漏，同时降低空穴注入的阻挡势垒，实现电子阻挡效率和空穴注入效率的提高，从而提高了发光二极管的发光效率。

A GaN based LED epitaxial structure and its preparation method, LED

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基LED外延结构及其制备方法、发光二极管
本专利技术涉及半导体
，具体而言，涉及一种GaN基LED外延结构及其制备方法、发光二极管。
技术介绍
基于GaN的发光二极管(LED)通常面临在大电流下发光效率下降、发热增加的问题。电子从量子阱结构的有源区泄漏被认为是效率下降的主要原因之一。为了防止电子泄漏，通常在有源区与p型区域间加入一层电子阻挡层，比如说AlGaN层。该电子阻挡层具有比量子垒更高的导带能级，因而可以阻挡电子从有源区泄漏到p型区域。但由于在电子阻挡层与量子垒界面极化电荷的影响，电子阻挡层能带向下弯曲，从而降低了阻挡电子的有效势垒高度。另一方面，电子阻挡层的价带往往也比p型区域和量子垒能级高，因此电子阻挡层在阻挡电子的同时，也会阻挡空穴注入到有源区，导致空穴注入效率降低。提高电子阻挡势垒高度以及降低空穴阻挡高度是提高GaNLED发光效率的有效方法。在基于AlGaN的电子阻挡层LED结构中，增加AlGaN层中的Al组分来提高电子阻挡势垒高度，但同时也会增加阻挡空穴注入的势垒高度。为了减小极化效应对电子阻挡势垒高度的影响，有研究报道采用极性匹配的AlInN或者AlGaInN层理论上可减小电子阻挡层与量子垒间的极化电荷，从而提高有效电子阻挡势垒，但实际AlInN和AlGaInN材料生长比较困难。目前还未有有效地手段能够在阻挡有源区电子泄漏到发光二极管的p掺杂区域，同时又降低空穴注入的阻挡势垒，实现电子阻挡效率和空穴注入效率的提高。有鉴于此，设计制造出一种能够实现电子阻挡效率和空穴注入效率的提高，从而提高发光二极管的发光效率的GaN基LED外延结构就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种GaN基LED外延结构，其能够实现电子阻挡效率和空穴注入效率的提高，从而提高发光二极管的发光效率。本专利技术的另一目的在于提供一种GaN基LED外延结构的制备方法，能够实现电子阻挡效率和空穴注入效率的提高。本专利技术的另一目的在于提供一种发光二极管，发光效率高。本专利技术是采用以下的技术方案来实现的。在一方面，本专利技术提供了一种GaN基LED外延结构，包括：衬底；形成在所述衬底上的n型掺杂层；形成在所述n型掺杂层上的量子阱有源层；形成在所述量子阱有源层上的电子阻挡层；形成在所述电子阻挡层上的p型掺杂层；其中，所述p型掺杂层的极性与所述电子阻挡层的极性相反。进一步地，所述量子阱有源层、所述n型掺杂层和所述电子阻挡层的极性相同。进一步地，所述电子阻挡层为镓面极性，所述p型掺杂层为氮面极性。进一步地，所述电子阻挡层的能带宽度大于所述量子阱有源层中势垒的能带宽度。进一步地，所述n型掺杂层的材料为Si掺杂的GaN或者AlGaN或者AlN。进一步地，所述p型掺杂层的材料为Mg掺杂的GaN或AlGaN。进一步地，所述量子阱有源层的材料为GaN/InGaN或AlGaN/GaN或AlN/GaN。进一步地，所述衬底的材料为蓝宝石、碳化硅、硅或氮化镓。在另一方面，本专利技术提供了一种GaN基LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：在衬底上形成n型掺杂层；在所述n型掺杂层上形成量子阱有源层；在所述量子阱有源层上形成电子阻挡层；在所述电子阻挡层上形成与电子阻挡层极性相反的p型掺杂层。在另一方面，本专利技术提供了一种发光二极管，包括P电极、N电极和GaN基LED外延结构，GaN基LED外延结构，包括：衬底；形成在所述衬底上的n型掺杂层；形成在所述n型掺杂层上的量子阱有源层；形成在所述量子阱有源层上的电子阻挡层；形成在所述电子阻挡层上的p型掺杂层；其中，所述p型掺杂层的极性与所述电子阻挡层的极性相反。所述N电极设置在所述n型掺杂层上，所述P电极设置在所述p型掺杂层上。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的一种GaN基LED外延结构，通过在衬底上形成n型掺杂层，在n型掺杂层上形成量子阱有源层，在量子阱有源层上形成电子阻挡层，在电子阻挡层上形成p型掺杂层，其中p型掺杂层的极性与电子阻挡层的极性相反，从而使得在p型掺杂层的极性与电子阻挡层的界面处存在高密度的净极化负电荷，其密度大于传统结构在同一位置处的净极化电荷，因此诱导电子阻挡层导带能级抬得更高，产生一个更高的势垒阻挡电子泄漏，同时降低空穴注入的阻挡势垒，实现电子阻挡效率和空穴注入效率的提高，从而提高了发光二极管的发光效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术第一实施例提供的GaN基LED外延结构的结构示意图；图2为本专利技术第一实施例提供的GaN基LED外延结构的能带图；图3为本专利技术第一实施例提供的GaN基LED外延结构的制备步骤框图；图4为本专利技术第二实施例提供的发光二极管的结构示意图；图5为本专利技术第二实施例提供的发光二极管的电流强度与发光功率的关系示意图；图6为本专利技术第二实施例提供的发光二极管的波长与光强的关系示意图。图标：100-GaN基LED外延结构；110-衬底；130-n型掺杂层；150-量子阱有源层；170-电子阻挡层；190-p型掺杂层；200-发光二极管；210-P电极；230-N电极。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN基LED外延结构，其特征在于，包括：/n衬底；/n形成在所述衬底上的n型掺杂层；/n形成在所述n型掺杂层上的量子阱有源层；/n形成在所述量子阱有源层上的电子阻挡层；/n形成在所述电子阻挡层上的p型掺杂层；/n其中，所述p型掺杂层的极性与所述电子阻挡层的极性相反。/n

【技术特征摘要】
1.一种GaN基LED外延结构，其特征在于，包括：
衬底；
形成在所述衬底上的n型掺杂层；
形成在所述n型掺杂层上的量子阱有源层；
形成在所述量子阱有源层上的电子阻挡层；
形成在所述电子阻挡层上的p型掺杂层；
其中，所述p型掺杂层的极性与所述电子阻挡层的极性相反。


2.根据权利要求1所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述量子阱有源层、所述n型掺杂层和所述电子阻挡层的极性相同。


3.根据权利要求1或2所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述电子阻挡层为镓面极性，所述p型掺杂层为氮面极性。


4.根据权利要求1或2所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述电子阻挡层的能带宽度大于所述量子阱有源层中势垒的能带宽度。


5.根据权利要求1所述的GaN基LED外延结构，其特征在于，所述n型掺杂层的材料为Si掺杂的GaN或者AlGaN或者AlN。

【专利技术属性】
技术研发人员：李成果，曾巧玉，张康，姜南，赵维，陈志涛，
申请(专利权)人：广东省半导体产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44