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，电子阻挡层包括位于发光层上的GaN层和依次叠设于GaN层上的第一至第三层InAlGaN层，其中，GaN层和第三层InAlGaN层未掺杂，第一层InAlGaN层具有P型掺杂，第二层InAlGaN层具有硅掺杂；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，其通过设置具有多层结构的电子阻挡层，能够有效阻挡电子的迁移，还能为发光层输送更多的空穴，使得更多的电子和空穴在发光层复合发光，从而提升发光二极管的发光效率。

Epitaxial structure and preparation of GaN based light emitting diode

【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，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。虽然目前已采取措施在发光层和P型外延层之间设置电子阻挡层如氮化镓层，阻挡电子进入P型外延层，但是其效果并不理想。
技术实现思路
基于此，本申请针对氮化镓基发光二极管发光效率低的问题，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，所述电子阻挡层包括位于所述发光层上的GaN层和依次叠设于所述GaN层上的第一至第三层InAlGaN层，其中，所述GaN层和所述第三层InAlGaN层未掺杂，所述第一层InAlGaN层具有P型掺杂，所述第二层InAlGaN层具有硅掺杂；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，电子阻挡层还包括三层InAlGaN层和设置于InAlGaN层与发光层之间的GaN层，其中，InAlGaN层具有铝组分，铝组分能提升电子阻挡层的势垒高度，限制电子穿越电子阻挡层，同时，各层InAlGaN层掺杂参数也不相同，第一层InAlGaN层具有P型掺杂，对InAlGaN层进行P型掺杂，既可以进一步提升InAlGaN层的导带能量，从而增加势垒高度，还可以为发光层提供更多的空穴，而第二层InAlGaN层掺入硅组分，有利于填充薄膜缺陷，消除压电效应，调整能带，提高晶体质量。在本申请中，InAlGaN层在发光层和P型层之间还设置有未掺杂的GaN层，该GaN层本身具有电子阻挡作用，且GaN层能防止InAlGaN层与发光层之间成分在高温生长环境下相互扩散，提高外延结构的稳定性。在发光层和P型外延层之间设置上述电子阻挡层后，能够有效阻止发光层中的电子流入P型层，同时有利于向发光层输送更多的空穴，使得电子空穴基本在发光层中进行复合，从而提高发光效率。在其中一个实施例中，从第一至第三层InAlGaN层中，铟的含量呈递减变化，铝的含量呈递增变化。在其中一个实施例中，在各层所述InAlGaN层中，铟原子占铟、铝、镓原子总量的15％～20％，铝原子占铟、铝、镓原子总量的10％～15％。在其中一个实施例中，所述GaN层的厚度范围为1nm～3nm，各所述InAlGaN层的厚度范围为2.5nm～5.5nm。在其中一个实施例中，各所述InAlGaN层的厚度相等。在其中一个实施例中，所述第一层InAlGaN层具有镁掺杂。在其中一个实施例中，所述第一层InAlGaN层掺镁的掺杂浓度为1e17cm-3～1e19cm-3。在其中一个实施例中，所述第二层InAlGaN层掺硅的掺杂浓度为1e17cm-3～1e19cm-3。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，生长所述电子阻挡层的步骤包括：在所述发光层上生长一层GaN层且不进行掺杂，在所述GaN层上形成第一层InAlGaN层并进行P型掺杂，在所述第一层InAlGaN层上形成第二层InAlGaN层并进行硅掺杂，在所述第二层InAlGaN层上形成第三层InAlGaN层且不掺杂；及在所述电子阻挡层上生长P型外延层。在其中一个实施例中，所述电子阻挡层的生长温度范围为700℃～900℃。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为本申请另一实施例中GaN基发光二极管外延结构的结构示意图；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和依次叠设在衬底上的N型外延层130、发光层150、电子阻挡层160和P型外延层170。其中，电子阻挡层160从下至上分为四层结构，临近发光层150的为未掺杂的GaN层161，GaN层161上叠设有三层InAlGaN层，第一层InAlGaN层162具有P型掺杂，第二层InAlGaN层163具有硅掺杂，第三层InAlGaN层164未掺杂。上述GaN基发光二极管外延结构，其电子阻挡层设计四层结构，并选用InAlGaN和GaN两种材料，InAlGaN可以抬升电子阻挡层的导带能量，形成较高的势垒，有效阻挡电子，然而，InAlGaN中的铟和铝在高温环境下容易扩散，若直接将InAlGaN层形成于发光层上，在生长InAlGaN的过程中，发光层和InAlGaN之间的组分会相互扩散，导致各层结构参数产生偏差，影响器件性能。在本申请中，以GaN层作为电子阻挡层的第一层，GaN本身能形成较高的势垒，对电子能起到一定的阻挡作用，且GaN能够阻挡两侧的InAlGaN层与发光层之间成分的相互扩散，提高结构的稳定性。在GaN层上形成InAlGaN层，能进一步抬升势垒高度，增强电子阻挡能力，其中，第一层InAlGaN层具有P型掺杂，P型掺杂既能提升价带能量，增加势垒高度，还能为发光层提供更多的空穴，第二层InAlGaN层具有硅掺杂，有利于填充薄膜缺陷，消除压电效应，调整能带，提升晶体质量。在本申请中，在发光层和P型外延层之间设置上述电子阻挡层，能够有效阻挡发光层中的电子迁移，同时有利于为发光层输送更多的空穴，使得更多的电子空穴在发光层复合发光，提高发光二极管的发光效率。在一实施例中，在电子阻挡层中的第一层InAlGaN层162至第三层InAlGaN层164中的铟组分和铝组分的含量呈一定的变化规律，其中，铝的含量呈递增变化，InAlGaN层本文档来自技高网...

【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，所述电子阻挡层包括位于所述发光层上的GaN层和依次叠设于所述GaN层上的第一至第三层InAlGaN层，其中，所述GaN层和所述第三层InAlGaN层未掺杂，所述第一层InAlGaN层具有P型掺杂，所述第二层InAlGaN层具有硅掺杂；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，位于所述发光层上，所述电子阻挡层包括位于所述发光层上的GaN层和依次叠设于所述GaN层上的第一至第三层InAlGaN层，其中，所述GaN层和所述第三层InAlGaN层未掺杂，所述第一层InAlGaN层具有P型掺杂，所述第二层InAlGaN层具有硅掺杂；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，从第一至第三层InAlGaN层中，铟的含量呈递减变化，铝的含量呈递增变化。


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，在各层所述InAlGaN层中，铟原子占铟、铝、镓原子总量的15％～20％，铝原子占铟、铝、镓原子总量的10％～15％。


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GaN层的厚度范围为1nm～3nm，各所述InAlGaN层的厚度范围为2.5nm～5.5nm。


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，各所述InAlGaN层...

【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