[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：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。

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、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。

发明内容

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。