本发明专利技术涉及一种采用铝组分渐变电子阻挡层的LED结构。所述铝组分渐变电子阻挡层是与多量子阱层的外层GaN垒接触一侧为低Al组分AlxGa1-xN，0≤x≤0.1，与p-GaN层接触一侧为高Al组分AlyGa1-yN，0.1＜y≤0.4，中间部分Al组分的量呈递增线性变化。电子阻挡层与GaN垒接触一侧为低Al组分AlGaN，有效地减小了其与GaN垒界面间极化电荷的密度，极化场被减弱，从而使得界面二维电子气浓度大幅降低，减小了漏电流，总体上提高器件的内量子效率并解决了量子效率衰减问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及采用铝组分渐变电子阻挡层的LED结构，属于光电子
技术介绍
III V族宽禁带直接带隙半导体具有宽带隙、高电子迁移率、高热导率、高硬度、稳定的化学性质、较小介电常数和耐高温的一系列优点，因此其在高亮度蓝色发光二极管、蓝色半导体激光器以及抗辐射、高频、高温、高压等电子电力器件中有着广泛的实际应用和巨大的市场前景。GaN是半导体III族氮化物的基本材料，质地坚硬，且化学性质异常稳定，室温下不与酸、碱反应，不溶于水，具有较高的熔点1700°C。GaN具有优秀的电学性质，电子迁移率最高可达900cm2/ (V · s)。η型掺杂的GaN材料很容易得到，但是P型掺杂GaN却不易得到，P型GaN曾经是GaN器件的制约瓶颈。在热退火技术提出之后，GaN较容易地实现了Mg杂质的掺杂，目前P型载流子浓度可以达到IO17 102°/cm3。近十几年来，采用缓冲层的 外延技术和P型掺杂的提高，使得GaN基器件研究重新振兴，变为热点。GaN基多量子阱发光二极管(LED)已经进入市场并取得很大进展，但是芯片出光效率低下并且衰减的问题仍未得到很好解决。在蓝宝石U-Al2O3)或者碳化硅(SiC)衬底上沿着方向外延得到的GaN基材料存在自发极化和压电极化，致使能带产生严重弯曲。特别地，现有技术的通用结构中，GaN量子垒与AlGaN EBL界面处由于具有非常高的极化电荷密度，使得此界面处能带弯曲严重，导带产生明显凹陷，形成了浓度很高的二维电子气。如图1，导带的凹陷捕获了从量子阱内溢出的和从EBL反射回来的电子，整体上降低了 EBL反射电子的能力，而且此处的二维电子气还会与空穴发生非辐射复合。总体来说，GaN垒与AlGaN EBL界面处的极化效应降低了器件的内量子效率。CN101640236A(CN200810135058. I)公开了一种组合式电子阻挡层发光元件，可具有一有源发光层、一 η型氮化镓层、以及一 P型氮化镓层、以及两种能隙不同的三五族半导体层，具有周期性地重复沉积在上述有源发光层上，以作为一势垒较高的电子阻挡层，用以阻挡过多电子溢流有源发光层。该专利技术可以实现通过电子阻挡层阻挡电子溢流，以增加电子与空穴在有源发光层复合的机率，放出光子并且通过品格大小不同的三五族半导体层的组合，提供应力补偿，以减少其与有源发光层之间应力的累积。CN101740681A(CN200910004817. 5)供了一种氮化物半导体器件，包括n型氮化物半导体层；p型氮化物半导体层；活性层，设置在η型氮化物半导体层和P型氮化物半导体层之间，并具有彼此交替地堆叠的量子阱层和量子垒层；电子阻挡层，设置在活性层和P型氮化物半导体层之间，并具有多个第一氮化物层和多个第二氮化物层，第一氮化物层由带隙能比量子垒层的带隙能高的材料形成，第二氮化物层由带隙能比第一氮化物层低的材料形成，第一和第二氮化物层彼此交替地堆叠，以形成堆叠结构，其中，多个第一氮化物层具有以预定倾斜度弯曲的能级，越接近P型氮化物半导体层，第一氮化物层的能级倾斜度越小。该专利技术通过使电子阻挡层能级总差异最小化来减小极化造成的影响，从而提高发光效率、降低工作电压。该技术方案的特点是在活性层和P型氮化物之间设置电子阻挡层来阻止电子泄漏，电子阻挡层是两种材料层的交替堆积，其中一种材料层具有预定倾斜度弯曲的能级，带隙宽度大于量子垒宽度，而且越接近P型氮化物层，其能带弯曲越小；另一种材料带隙宽度与量子鱼相同。以上技术方案中，所述的电子阻挡层是两种不同材料相互交替生长而成，形成了超品格结构；电子阻挡层在靠近有源区的部分依然存在较大极化电荷，此结构并没有消除电子阻挡层和有源区之间的二维电子气聚集。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种采用渐变铝组分电子阻挡层的LED结构。本专利技术针对目前GaN LED器件中由于存在内建极化电场及能带弯曲的现象，特别是在GaN垒和传统AlGaN EBL界面处导带弯曲，且形成高密度二维电子气而导致内量子 效率降低的这一严重问题，提出一种消除GaN垒与EBL界面处二维电子气的Al组分渐变AlGaN EBL结构。对于Al组分渐变的AlGaN EBL，在其与GaN垒交界处一侧，AlGaN为低Al组分；在其与P-GaN交界处的另一侧AlGaN为高Al组分，而在这两侧之间Al组分线性渐变。Al组分渐变的AlGaN使得GaN垒和EBL界面处二维电子气浓度降低或者消除，最终提高了器件的内量子效率。术语说明LED，发光二极管的通称。H5L,电子阻挡层(electron blocking layer)。η-GaN层，η型GaN层，也称η型导电层。ρ-GaN层，与p-GaN同义，也称P型导电层。MQW,多量子讲层(Multiple Quantum Well)。M0CVD,金属有机物化学气相沉积。金属有机源TMGa 和 TMAl、TMIn TMGa :三甲基镓，分子式Ga (CH3) 3，无色液体，熔点-15. 8 V，沸点55. 8 V，液体密度 I. 151g/cm3 ；TMAl :三甲基铝，分子式A1(CH3)3，无色液体，熔点15°C，沸点126°C，密度O. 752g/cm3 ；TMIn :三甲基铟，分子式In (CH3) 3，无色结晶，熔点89 °C，沸点135. 8 °C，密度I. 568g/cm3。本专利技术技术方案如下一种LED外延结构，包括衬底层，成核层，缓冲层，η-GaN层，多量子阱层，铝组分渐变电子阻挡层，P-GaN层，欧姆接触层；如图3所示。其中，所述铝组分渐变电子阻挡层，与多量子阱层的外层GaN垒接触一侧为低Al组分AlxGa1^xN7O彡X彡O. 1，与ρ-GaN层接触一侧为高Al组分AlyGa1J, O. I < y彡0.4，中间部分Al组分的量呈递增线性变化，即铝组分P在外延生长方向的梯度为常数k:Vp=k，0<k < O. 4。如图2所示。优选的，所述的铝组分渐变电子阻挡层厚度d为l-100nm。k= (y-x)/d，d为电子阻挡层的厚度。k最大值为(0.4-0)/1 = 0.4;当电子阻挡层低铝端Al组分为O. 1，高铝端铝组分趋于(大于但是不等于)0. I时，k趋于O ;因此k范围为 O < k < O. 4。根据本专利技术，所述衬底层、成核层、缓冲层、η-GaN层、多量子阱层、p_GaN层、欧姆接触层可参照现有技术；本专利技术优选的技术方案如下所述的成核层是厚度为lnm_50nm的非掺杂GaN，所述的缓冲层是厚度为2 μ m-250 μ m 的非惨杂 GaN。所述的η-GaN层是厚度为O. 3μπι-8μπι的掺Si的η型GaN，Si的掺杂浓度为5 X IO17Cm 3_5 X IO19Cm 3。所述的多量子阱层是交替生长的厚度为2-20nm的InGaN阱和厚度为10_30nm的GaN垒，重复周期为2-25个。 所述的p-GaN层是厚度为100nm-200nm的掺Mg的p型GaN层，Mg掺杂浓度为5X1019cm_3-5X102Clcm_3。所述的欧姆接触层为TiAlNiAu电极。所述的衬底层为蓝宝石衬底或碳化硅衬底。根据本专利技术，所述LED外延结构的制备方法，包括采用MOCVD方法依次对衬底层、成核层、缓本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种LED外延结构，包括衬底层，成核层，缓冲层，n？GaN层，多量子阱层，铝组分渐变电子阻挡层，p？GaN层，欧姆接触层；其中，所述铝组分渐变电子阻挡层，与多量子阱层的外层GaN垒接触一侧为低Al组分AlxGa1？xN，0≤x≤0.1，与p？GaN层接触一侧为高Al组分AlyGa1？yN，0.1＜y≤0.4，中间部分Al组分的量呈递增线性变化，即铝组分ρ在外延生长方向的梯度为常数k：0＜k≤0.4。FDA0000066657520000011.tif
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王成新，王强，徐现刚，李树强，曲爽，
申请(专利权)人：山东华光光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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