[发明专利]高光效紫外LED外延结构

说明书

本发明提供了一种高光效紫外LED外延结构，包括：在生长衬底表面依次生长的应力控制层、n型电流扩展层、有源区发光层、电子阻挡层及p型电流扩展层；其中，电子阻挡层为由Sc_aAl_1‑aN层和GaN层形成的周期性结构，0.15a0.20。在ScAlN/GaN短周期超晶格(Sc_aAl_1‑aN层和GaN层形成的周期性结构)中，很薄的ScAlN层就可以产生很大的自发极化电场致GaN层的能带足够弯曲，从而降低Mg的激活能，获得高浓度空穴，有效提高LED的光电效率。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种高光效紫外LED外延结构。

背景技术

GaN基LED通常采用掺Mg的p型宽禁带AlGaN层作为多量子阱垒结构之上的电子阻挡层。虽然可以有效阻挡热电子向p层泄漏，但是p型AlGaN的空穴浓度低，在LED大电流工作条件下不利于LED光效的保持。近期，一种基于p型AlGaN/GaN的短周期超晶格结构开始被用作LED的电子阻挡层。在p型AlGaN/GaN短周期超晶格结构中，极化电场使得GaN层的能带弯曲，降低了Mg的激活能，从而在GaN层中产生更高浓度的空穴。

但是，p型AlGaN/GaN短周期超晶格电子阻挡层还存在两个不足。首先，为了使GaN层的能带足够弯曲以降低Mg的激活能，AlGaN层的厚度需要控制在4nm～8nm的范围内，这阻碍了空穴在垂直方向的输运。其次，AlGaN/GaN短周期超晶格和量子阱最后一个GaN势垒之间仍然存在应力，导致AlGaN的势垒高度降低，减弱了电子阻挡效果。

发明内容

为了克服以上不足，本发明提供了一种高光效紫外LED外延结构，有效提高紫外LED的发光效率。

本发明提供的技术方案为：

一种外延结构，包括：在生长衬底表面依次生长的应力控制层、n型电流扩展层、有源区发光层、电子阻挡层及p型电流扩展层；其中，电子阻挡层为由Sc_aAl_1-aN层和GaN层形成的周期性结构，0.15a0.20。

进一步优选地，所述电子阻挡层由6～9个Sc_aAl_1-aN层和GaN层形成的周期性结构组成。

进一步优选地，所述Sc_aAl_1-aN层的厚度为2～4nm，GaN层的厚度为2～4nm。

进一步优选地，所述电子阻挡层中掺杂有浓度在9×10¹⁹～2×10²⁰cm^-2之间的Mg。

在本发明提供的高光效紫外LED外延结构中，稀土元素钪(Sc)的原子半径比Al大，在ScAlN材料中能产生较大的晶格畸变。同时由于钪的电负性小，能够增加ScAlN层中的离子键比例。这两点使得ScAlN层有很高的自发极化系数，以此，在ScAlN/GaN短周期超晶格(Sc_aAl_1-aN层和GaN层形成的周期性结构)中，很薄的ScAlN层就可以产生很大的自发极化电场致GaN层的能带足够弯曲，从而降低Mg的激活能，获得高浓度空穴。另外，因为ScAlN的厚度很薄，空穴可以通过隧穿机制实现垂直方向上的有效输运。再有，Sc组分为18％的ScAlN和GaN可以实现异质结界面上的晶格匹配，消除界面应力，避免ScAlN势垒高度下降，保持良好的电子阻挡能力，有效提高LED的光电效率。

附图说明

图1为本发明中高光效紫外LED外延结构示意图；

图2为一实例中电子阻挡层结构示意图。

附图标记：