LED电子阻挡层、LED外延片及半导体器件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种LED电子阻挡层、LED外延片及半导体器件，位于量子阱有源层和接触层之间，包括BAlN阻挡层，BAlN阻挡层包括：BAlN粗化层，BAlN粗化层至少包括第一粗化结构；BAlN非粗化层，BAlN粗化层位于量子阱有源层和BAlN非粗化层之间。本实用新型专利技术的LED电子阻挡层利用BAIN阻挡层取代常规的p型AlGaN电子阻挡层，可以减小与量子阱的界面缺陷，规避高Al组分AlGaN EBL的p型掺杂问题。同时，通过在BAIN阻挡层下方粗化形成BAIN粗化层，可以实现对有源区电子的储藏，进一步减小有源区电子的溢出问题，进而增加发光强度，提高深紫外LED的功率和效率。功率和效率。功率和效率。

【技术实现步骤摘要】
LED电子阻挡层、LED外延片及半导体器件


[0001]本技术涉及半导体
，特别涉及一种LED电子阻挡层、LED外延片及半导体器件。

技术介绍

[0002]当前，基于AlGaN材料的深紫外LED(Light
‑
Emitting Diode，发光二极管)由于其在消毒、空气和水净化、生化检测和光通信等领域广泛的潜在应用，引起了业内的广泛关注。然而，深紫外LED低的外量子效率仍然不能满足目前的应用要求，这主要受限于其低的内量子效率和光提取效率。
[0003]而深紫外LED芯片的量子效率偏低，原因有以下几点：首先，AlGaN材料的外延质量不够理想，缺陷密度高导致内量子效率较低；其次，P型半导体层为获得较好的欧姆接触效果和空穴浓度需要在P型半导体层上生长一层p
‑
GaN，而p
‑
GaN对深紫外光有严重的吸收；再次，随着量子阱中Al组分增加，深紫外LED芯片出光以TM模式(平行于发光面)为主，而水平方向出光面积很小，因此TM光很难进入发光面的逃逸锥出射，TM光提取效率较低，这些问题严重制约了深紫外LED芯片性能的提升。
[0004]现有技术中，电子阻挡层多为P型AlGaN，但高Al组分的AlGaN存在p型掺杂等问题，传统AlGaN电子阻挡层阻挡电子时，高价带带阶阻碍空穴向有源区迁移，会影响内量子发光效率。因此，亟需一种新的LED电子阻挡层来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本技术要解决的技术问题是提供一种改善droop效应、提高发光效率的LED电子阻挡层。
[0006]为了解决上述问题，本技术提供了LED电子阻挡层，位于量子阱有源层和接触层之间，其包括BAlN阻挡层，所述BAlN阻挡层包括：
[0007]BAlN粗化层，所述BAlN粗化层为BAlN粗化层；
[0008]BAlN非粗化层，所述BAlN非粗化层为BAlN非粗化层，所述BAlN粗化层位于量子阱有源层和所述BAlN非粗化层之间。
[0009]作为本技术的进一步改进，所述BAlN非粗化层的厚度大于BAlN粗化层。
[0010]作为本技术的进一步改进，所述BAlN粗化层的厚度小于等于所述BAlN阻挡层的厚度的1/4。
[0011]作为本技术的进一步改进，所述BAlN粗化层的厚度为2nm
‑
20nm。
[0012]作为本技术的进一步改进，所述BAlN非粗化层的厚度为6nm
‑
100nm。
[0013]作为本技术的进一步改进，所述BAlN阻挡层包括无掺杂的BAlN。
[0014]作为本技术的进一步改进，所述BAlN阻挡层采用MOCVD方法在600
‑
1200℃条件下生长得到。
[0015]本技术还提供了一种LED外延片，其包括上述任一所述的LED电子阻挡层。
[0016]本技术还提供了一种半导体器件，其包括如上述任一所述的LED外延片。
[0017]本技术的有益效果：
[0018]本技术的LED电子阻挡层利用BAIN阻挡层取代常规的p型AlGaN电子阻挡层，可以减小与量子阱的界面缺陷，规避高Al组分AlGaN EBL的p型掺杂问题。
[0019]同时，通过在BAIN阻挡层下方粗化形成BAIN粗化层，可以实现对有源区电子的储藏，进一步减小有源区电子的溢出问题，进而增加发光强度，提高深紫外LED的功率和效率。
[0020]上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0021]图1是本技术实施例一中LED电子阻挡层的结构图；
[0022]图2是传统p型AlGaN电子阻挡层在不同掺杂浓度下的电子泄露浓度图；
[0023]图3是本专利技术BAlN阻挡层在不同掺杂浓度下的电子泄漏浓度图；
[0024]图4是传统p型AlGaN电子阻挡层在不同电流下的内部量子效率图；
[0025]图5是本专利技术BAlN阻挡层在不同电流下的内部量子效率图；
[0026]图6是本技术实施例二中LED外延片的结构图。
[0027]标记说明：
[0028]10、衬底；20、氮化物缓冲层；30、氮化物过渡层；40、n型氮化物层；50、量子阱有源层；60、BAlN阻挡层；61、BAlN粗化层；62、BAlN非粗化层；70、接触层。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本技术的限定。
[0030]实施例一
[0031]如图1所示，本实施例公开了一种LED电子阻挡层，位于量子阱有源层和接触层之间，该LED电子阻挡层包括BAlN阻挡层60，所述BAlN阻挡层60包括BAlN粗化层61和BAlN非粗化层62。
[0032]所述BAlN粗化层61位于量子阱有源层和所述BAlN非粗化层62之间，所述BAlN非粗化层62位于BAlN粗化层61和接触层之间。
[0033]现有技术中，电子阻挡层多为P型AlGaN，但高Al组分的AlGaN存在p型掺杂等问题，现有技术多从提高AlGaN的高掺杂出发提高量子发光效率。参见图2，传统p型AlGaN电子阻挡层在不同掺杂浓度下的电子泄露浓度。可以看出，Mg掺杂浓度越大，电子泄露浓度越低，因此需要增加Mg的掺杂浓度提高其阻挡电子的能力。
[0034]本实施例采用BAlN阻挡层，经实验数据发现：参见图3，Mg的掺杂浓度的提高并不能增加其阻挡电子的能力。因此，采用BAlN作为阻挡层能够规避高Al组分AlGaN EBL的p型掺杂问题。
[0035]图4是传统p型AlGaN电子阻挡层在不同电流下的内部量子效率；图5是本技术BAlN阻挡层在不同电流下的内部量子效率。通过对比传统p型AlGaN电子阻挡层与本专利技术
BAlN阻挡层的数据，可以看出，对于传统p型掺杂的AlGaN。随着Mg掺杂浓度的增加，内部量子效率差距较大。对于BAlN，Mg的掺杂浓度的提高对内部量子效率的变化较小。因此可采用无掺杂或低掺杂的BAlN作为电子阻挡层，其中，通过低掺杂的BAlN与无掺杂的BAlN的电子泄露和内部量子效率相差不大。因此，BAlN阻挡层对掺杂浓度不敏感，掺杂浓度的提高并不能增加电子阻挡的能力，而传统AlGaN电子阻挡层获得高效率的深紫外LED必须采用高Mg掺杂。
[0036]BAlN阻挡层能够替代传统的AlGaN电子阻挡层抑制电子泄露，可能由于BAlN的价带和导带比GaN低0.2ev和高2.1ev，因此，BAlN与AlGaN的界面排列有利于电子传导和空穴注入。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.LED电子阻挡层，位于量子阱有源层和接触层之间，其特征在于，包括BAlN阻挡层，所述BAlN阻挡层包括：BAlN粗化层；所述BAlN粗化层至少包括第一粗化结构；BAlN非粗化层，所述BAlN粗化层位于量子阱有源层和所述BAlN非粗化层之间；所述BAlN非粗化层的厚度大于BAlN粗化层。2.如权利要求1所述的LED电子阻挡层，其特征在于，所述BAlN粗化层的厚度小于等于所述BAlN阻挡层的厚度的25％。3.如权利要求2所述的LED电子阻挡层，其特征在于，所述BAlN粗化层的厚度为2nm
‑
20nm。4.如权利要求3所述的LED电子阻挡层，其特征在于，所述BAlN非粗化层的厚度为6nm
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【专利技术属性】
技术研发人员：韩娜，王国斌，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：