[发明专利]一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法

说明书

一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法，P‑GaN层包含两种不同方法生长的第一P型GaN层和第二P型GaN层，第一P型GaN层是由未掺杂GaN层和未掺杂MgN层交替生长而成，第二P型GaN层是由InGaN层和未掺杂MgN层交替生长而成，P型GaN层的掺杂来自于Mg的扩散作用，通过扩散的方式使Mg更好地取代Ga位，减少了Mg‑H键的形成，提高了P型层Mg的活化性能和掺杂浓度，同时利用In的原子活性减少Mg的激活能，提高了Mg的激活效率和Mg的掺杂效率，增大了P层的空穴浓度和空穴注入效率，提升了LED器件的发光效率，另一方面也提升了抗静电能力。

技术领域

本发明涉及发光二极管制造领域，尤其涉及一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法。

背景技术

以GaN为代表的III-V族氮化物材料在近十年来得到了广泛的研究、发展及应用。如图1所示，所述的GaN基发光二极管的外延结构依次包含：设置在衬底1’上的成核层2’，设置在成核层2’上的GaN层3’，设置在GaN层3’上的N型GaN层4’，设置在N型GaN层4’上的多量子阱（MQW）发光层5’，以及设置在多量子阱发光层5’上的P型GaN层6’。GaN基高效发光二极管具有寿命长、节能、绿色环保等显著特点，已被广泛应用于照明、大屏幕显示、交通信号、多媒体显示和光通讯领域。

但是，GaN基发光二极管（LED）的发光效率会受到众多因素的影响导致发光效率偏低，严重制约了GaN半导体发光二极管作为高亮度、高功率器件在照明领域的商业应用。

GaN的P型掺杂相对困难，P型掺杂浓度远低于N型掺杂浓度。同时，空穴的有效质量远大于电子的有效质量，导致空穴的迁移率远小于电子的迁移率。这两方面因素使得空穴向多量子阱区域的注入率远小于电子的注入率，造成了电子与空穴注入的不匹配，LED的发光效率受到限制以及出现大电流下发光效率衰减的问题。增强空穴的注入，对提升LED的发光性能具有十分重要的意义。

发明内容

本发明提供一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法，通过扩散的方式形成P-GaN层，使Mg更好地取代Ga位，减少了Mg-H键的形成，提高了P型层Mg的活化性能和掺杂浓度，同时利用In的原子活性减少Mg的激活能，提高了Mg的激活效率和Mg的掺杂效率，增大了P层的空穴浓度和空穴注入效率，提升了LED 器件的发光效率，另一方面也提升了抗静电能力。

为了达到上述目的，本发明提供一种GaN基发光二极管外延结构，包含：

设置在衬底上的成核层；

设置在成核层上的未掺杂GaN层；

设置在未掺杂GaN层上的N型GaN层；

设置在N型GaN层上的多量子阱发光层；

以及，设置在多量子阱发光层上的P型GaN层；

所述的P型GaN层包含：

设置在多量子阱发光层上的第一P型GaN层；

设置在第一P型GaN层上的第二P型GaN层；

所述的第一P型GaN层包含：多个叠加的第一类循环层，该第一类循环层包含未掺杂GaN层和设置在未掺杂GaN层上的未掺杂MgN层，最底层的第一类循环层设置在多量子阱发光层上，最顶层的第一类循环层上设置第二P型GaN层，该第一类循环层的数量n满足1 ≤n ≤ 50；

所述的第二P型GaN层包含：多个叠加的第二类循环层，该第二类循环层包含In_xGa_(1-x)N层和设置在In_xGa_(1-x)N层上的未掺杂MgN层，最底层的第二类循环层设置在第一P型GaN层上，该第二类循环层的数量m满足1 ≤ m ≤ 50，所述的In_xGa_(1-x)N层中，0＜ x ≤0.2。