[发明专利]一种氮化物发光二极管的外延结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光器件，尤其涉及一种氮化物发光二极管的外延结构。

背景技术：

近年来，GaN基多量子阱（MQW）发光二极管（LED）的研制取得了重大进展。电光转换效率的提高以及制造成本的降低，使其应用已由最初的指示进入到各种照明。然而，GaN基LED的抗静电等可靠性问题仍然缺少简单有效的解决方法。

目前，典型GaN基发光二极管100的外延结构如图1所示，包括：衬底101、缓冲层201、n型层300（n型GaN层301和n型层内应力释放层302）、多量子阱层401和p型层501。在上述发光二极管的外延层结构中，n型层内应力释放层302和多量子阱层401在低温N₂载气下生长。在此条件下，材料的位错601处会形成V形坑，使原本平整的材料表面分成了平台701和V形坑侧壁702。生长过程中，多量子阱层401以及p型层501同时在平台701和V形坑侧壁702上生长。V形坑中由于存在位错601，在LED正向导通以及承受反压时会发生漏电，对LED抗静电的可靠性造成较大影响。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种氮化物发光二极管的外延结构，此结构可避免材料中的V形坑成为LED的漏电通道，从而大大提高LED的可靠性。 

本发明的目的是这样实现的：

一种氮化物发光二极管的外延结构，包括衬底、依次形成于衬底上的缓冲层、n型层、多量子阱层和p型层，特征是：所述n型层由从下向上依次叠加的n型GaN层、n型层内应力释放层、n型层内势垒阻挡层和n型层内电子注入层组成。

n型层内势垒阻挡层不掺杂，生长于n型GaN层与多量子阱层之间。

n型层内势垒阻挡层由Al_xGa_1-xN构成，其中0≤x≤1。 

n型层内势垒阻挡层在V形坑侧壁与平台生长的厚度比为r，且r>1。

n型层内势垒阻挡层在高温高压H₂载气下生长。

多量子阱层由阱In_xGa_1-xN和垒Al_xIn_yGa_1-x-yN周期结构组成，周期数为k，阱的禁带宽度小于垒的禁带宽度，其中：阱In_xGa_1-xN中：0≤x≤1；垒Al_xIn_yGa_1-x-yN中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1；周期数1≤k≤20。

p型层由p-Al_xIn_yGa_1-x-yN构成，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1。

衬底为Al₂O₃、SiC、Si或GaN中的一种。

本发明通过在n型层内应力释放层和多量子阱层之间加入n型层内势垒阻挡层，可实现提高LED 的可靠性的目的，其原理如下：

通过设置高温高压H₂载气的生长条件，可使Al_xGa_1-xN势垒阻挡层在V形坑侧壁上的生长速率高于在平台上的生长速率，从而在V形坑侧壁上获得一层较厚的Al_xGa_1-xN势垒阻挡层。和GaN相比，Al_xGa_1-xN的禁带宽度更大，其电阻更高，在LED正向工作时，抑制电流从V形坑流过；同时Al_xGa_1-x N的抗击穿能力也更强，在LED承受反压时，更不易在V形坑中产生漏电流。因此，V形坑侧壁的厚Al_xGa_1-xN势垒阻挡层可以同时提高LED器件正向工作以及反向承受反压的可靠性。

本发明的优点为：将提高器件可靠性的工艺融于材料的生长过程中，无需额外的工序，不增加器件的制造成本，不影响芯片制造的合格率。另外，由于Al_xGa_1-xN势垒阻挡层在平台上生长得较薄，且其与多量子阱层之间有高掺杂的电子注入层，因此，在LED正向导通工作时，不会影响向平台上多量子阱层内的电子注入，因此也不会影响LED的光强。

附图说明：

图1为GaN基多量子阱LED的典型结构示意图。