[发明专利]GaN基发光二极管外延结构及其制备方法

说明书

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：依次叠设的衬底、N型外延层、量子阱发光层、电子阻挡层和P型外延层，其中，量子阱发光层包括多个交替叠设的势阱和势垒，势垒包括依次叠设的第一非掺杂层、P型掺杂掺层、第二非掺杂层、N型掺杂层和第三非掺杂层，其禁带宽度依次为Eg1、Eg2、Eg3、Eg4和Eg5，Eg1＜Eg2＜Eg3，Eg5＜Eg4＜Eg3。上述势垒包括多层结构，各势垒的禁带宽度自第二非掺杂层向两侧逐渐变窄，使得N型掺杂层中的电子和P型掺杂层中的空穴沿禁带变窄方向流入势阱，在势阱内复合发光，提高发光亮度。

技术领域

本发明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。

背景技术

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、量子阱发光层和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量子阱发光层，电子和空穴在量子阱发光层进行复合发光。量子阱结构包括势阱和势垒，当电子和空穴迁移至量子阱中后，要求电子和空穴在势阱复合。然而，由于电子的迁移速率较大，当电子进入发光层后容易溢流出发光层，而空穴的迁移速率较小，难以进入发光层，导致电子和空穴的有效辐射复合几率较小，从而降低GaN LED的发光效率。

发明内容

基于此，本申请针对氮化镓基发光二极管中电子容易泄露出发光区和空穴浓度低和迁移率低的技术问题，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；

量子阱发光层，位于所述N型外延层上，所述量子阱发光层包括多个交替叠设的势阱和势垒，其中，各所述势垒包括依次叠设的第一非掺杂层、P型掺杂掺层、第二非掺杂层、N型掺杂层和第三非掺杂层，所述P型掺杂层的禁带宽度大于所述第一非掺杂层的禁带宽度且小于所述第二非掺杂层的禁带宽度，所述N型掺杂层的禁带宽度大于所述第三非掺杂层的禁带宽度且小于所述第二掺杂层的禁带宽度。

电子阻挡层，位于所述量子阱发光层上；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，其发光层为由多个势垒和势阱交叠而成的量子阱结构，势垒又包括依次叠设的第一非掺杂层、P型掺杂层、第二非掺杂层、N型掺杂层和第三非掺杂层，其中，N型掺杂层主要用于产生电子，P型掺杂层主要用于产生空穴，电子和空穴会向周围迁移。在本申请中，P型掺杂层位于第一非掺杂层和第二非掺杂层之间，且P型掺杂层的禁带宽度大于第一非掺杂层的禁带宽度并小于第二非掺杂层的禁带宽度，即第二非掺杂层对空穴的阻挡作用大于第一非掺杂层，因此，P型掺杂层中的空穴会朝向第一非掺杂层迁移并最终迁移至与第一非掺杂层相邻的势阱内，同理，N型掺杂层位于第二非掺杂层和第三非掺杂层之间，且N型掺杂层的禁带宽度大于第三非掺杂层的禁带宽度并小于第二非掺杂层的禁带宽度，即第二非掺杂层对电子的阻挡作用大于第三非掺杂层，因此，N型掺杂层中的电子会朝向第三非掺杂层迁移并最终迁移至与第三非掺杂层相邻的势阱内。通过上述量子阱发光层，使电子和空穴尽可能多地迁移至势阱中，电子和空穴汇聚在势阱内并进行复合发光，从而提高发光亮度。

在其中一个实施例中，所述第二非掺杂层的厚度大于所述第一非掺杂层的厚度和所述第三非掺杂层的厚度。

在其中一个实施例中，自所述衬底至所述P型外延层方向，所述势垒中的第二非掺杂层的厚度逐渐增大，所述势垒中的P型掺杂层的厚度逐渐增大，所述势垒中的N型掺杂层的厚度逐渐减小。

在其中一个实施例中，在所述势垒中，各所述非掺杂层的厚度不超过4nm，所述N型掺杂层的厚度不超过6nm，所述P型掺杂层的厚度不超过5nm，所述势阱和所述势垒的数量相同为6层～12层。