GaN基LED結(jié)構(gòu)及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于LED (Light Emitting D1de,發(fā)光二極管)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種GaN基LED結(jié)構(gòu)及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著LED產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，LED憑借其節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)成為新一代的照明光源，同時(shí)在LED器件性能上也不斷向亮度高、電壓低、可靠性好的方向發(fā)展?，F(xiàn)有工藝中通過(guò)在量子阱發(fā)光層后插入電子阻擋層，以利于增加電子空穴的空間復(fù)合概率，提高內(nèi)量子效率，提升光效。
[0003]常見(jiàn)的電子阻擋層有AlGaN塊結(jié)構(gòu)、AlGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)等形式。AlGaN材料的禁帶寬度較GaN材料的禁帶寬度大，在量子阱發(fā)光層后插入AlGaN塊結(jié)構(gòu)或者AlGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)的電子阻擋層，雖然能有效的阻擋電子越過(guò)量子阱發(fā)光層遷至P型層中，但同時(shí)也阻擋了空穴遷至量子阱發(fā)光層中，電子空穴復(fù)合的效率還有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的內(nèi)量子效率不夠高的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種內(nèi)量子效率高的GaN基LED結(jié)構(gòu)及其形成方法。
[0005]有鑒于此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)，可以包括:襯底；
位于所述襯底之上的GaN緩沖層；位于所述GaN緩沖層之上的第一摻雜類型GaN層；位于所述第一摻雜類型GaN層之上的量子阱發(fā)光層；位于所述量子阱發(fā)光層之上的第二摻雜類型GaN層；電子阻擋層，所述電子阻擋層位于所述量子阱發(fā)光層與P摻雜類型GaN層之間，其中，所述電子阻擋層包括塊結(jié)構(gòu)層和超晶格結(jié)構(gòu)層，所述塊結(jié)構(gòu)層的禁帶寬度大于GaN的禁帶寬度，所述超晶格結(jié)構(gòu)層用于調(diào)節(jié)所述P摻雜類型GaN層與所述塊結(jié)構(gòu)層之間的能帶傾斜程度以降低空穴勢(shì)壘高度；以及P電極和N電極。
[0006]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)，采用塊結(jié)構(gòu)層加超晶格結(jié)構(gòu)層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，一方面提高電子勢(shì)壘高度、減少電子逸出量子阱發(fā)光層，另一方面有效降低空穴勢(shì)壘高度，促使P型層的空穴更容易移動(dòng)至量子阱發(fā)光層，大幅度提升電子空穴在量子阱發(fā)光層內(nèi)的復(fù)合發(fā)光效率。本發(fā)明的GaN基LED結(jié)構(gòu)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]有鑒于此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)的形成方法，可以包括以下步驟:提供襯底；在所述襯底之上形成GaN緩沖層；在所述GaN緩沖層之上形成第一摻雜類型GaN層；在所述第一摻雜類型GaN層之上形成量子阱發(fā)光層；在所述量子阱發(fā)光層之上形成第二摻雜類型GaN層；在所述量子阱發(fā)光層與P摻雜類型GaN層之間形成電子阻擋層，其中，所述電子阻擋層包括塊結(jié)構(gòu)層和超晶格結(jié)構(gòu)層，所述塊結(jié)構(gòu)層的禁帶寬度大于GaN的禁帶寬度，所述超晶格結(jié)構(gòu)層用于調(diào)節(jié)所述P摻雜類型GaN層與所述塊結(jié)構(gòu)層之間的能帶傾斜程度以降低空穴勢(shì)壘高度；以及形成P電極和N電極。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)的形成方法，采用塊結(jié)構(gòu)層加超晶格結(jié)構(gòu)層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，一方面提高電子勢(shì)壘高度、減少電子逸出量子阱發(fā)光層，另一方面有效降低空穴勢(shì)壘高度，促使p型層的空穴更容易移動(dòng)至量子阱發(fā)光層，大幅度提升電子空穴在量子阱發(fā)光層內(nèi)的復(fù)合發(fā)光效率。本發(fā)明的GaN基LED結(jié)構(gòu)的形成方法還具有工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖la為本發(fā)明第一實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0010]圖lb為圖la示出的GaN基LED結(jié)構(gòu)的局部能帶示意圖。
[0011]圖2a是本發(fā)明第二實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0012]圖2b為圖2a示出的GaN基LED結(jié)構(gòu)的局部能帶示意圖。
[0013]圖3a是本發(fā)明第三實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0014]圖3b為圖3a示出的GaN基LED結(jié)構(gòu)的局部能帶示意圖。
[0015]圖4a是本發(fā)明第四實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0016]圖4b為圖4a示出的GaN基LED結(jié)構(gòu)的局部能帶示意圖。
[0017]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)的形成方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0019]本發(fā)明第一方面提出一種GaN基LED結(jié)構(gòu)，可以包括:襯底；位于所述襯底之上的GaN緩沖層；位于所述GaN緩沖層之上的第一摻雜類型GaN層；位于第一摻雜類型GaN層之上的量子阱發(fā)光層；位于量子阱發(fā)光層之上的第二摻雜類型GaN層；電子阻擋層；以及P電極和N電極。需要說(shuō)明的是，可以是第一摻雜類型GaN層為N型GaN層、第二摻雜類型GaN層為P型GaN層，也可以為相反情況。P電極和P型摻雜類型GaN層相連，N電極和N型摻雜類型GaN層相連。其中，電子阻擋層位于量子阱發(fā)光層與P摻雜類型GaN層之間。電子阻擋層具體可以包括塊結(jié)構(gòu)層和超晶格結(jié)構(gòu)層。塊結(jié)構(gòu)層是指渾然為整個(gè)塊體的、化學(xué)成分單一的半導(dǎo)體材料層。塊結(jié)構(gòu)層的禁帶寬度大于GaN的禁帶寬度，提高電子勢(shì)壘高度，減少電子逸出發(fā)光量子阱層的概率，實(shí)現(xiàn)電子阻擋層的基本作用。超晶格結(jié)構(gòu)層是指由兩種晶格較匹配的半導(dǎo)體材料交替地生長(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)。超晶格結(jié)構(gòu)層用于調(diào)節(jié)P摻雜類型GaN層與塊結(jié)構(gòu)層之間的能帶傾斜程度以降低空穴勢(shì)壘高度。
[0020]需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)需要加入以下可選結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步改善LED結(jié)構(gòu)的發(fā)光效果:本征半導(dǎo)體層、電流阻擋層、超晶格接觸層等等。此為本領(lǐng)域技術(shù)人員的已知技術(shù)，本文不贅述。
[0021]上述實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)中，采用塊結(jié)構(gòu)層加超晶格結(jié)構(gòu)層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，一方面提高電子勢(shì)壘高度、減少電子逸出量子阱發(fā)光層，另一方面有效降低空穴勢(shì)壘高度，促使P型層的空穴更容易移動(dòng)至量子阱發(fā)光層，大幅度提升電子空穴在量子阱發(fā)光層內(nèi)的復(fù)合發(fā)光效率。本發(fā)明的GaN基LED結(jié)構(gòu)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[0022]圖la為本發(fā)明第一實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)的示意圖。圖lb為圖la示出的GaN基LED結(jié)構(gòu)的局部能帶示意圖。如圖la和圖lb所示，該實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)包括由下至上依次堆疊的:襯底10、GaN緩沖層20、n型GaN層30、量子阱發(fā)光層40、電子阻擋層、P型GaN層50以及P電極和N電極(P電極和N電極均未畫(huà)出)。其中電子阻擋層具體包括:位于量子講發(fā)光層40之上的AlGaN材料的第一塊結(jié)構(gòu)層51,和位于第一塊結(jié)構(gòu)層51之上的GaN/AlGaN材料的第一超晶格結(jié)構(gòu)層52。第一超晶格結(jié)構(gòu)層52中的超晶格層數(shù)目可以為1-6層，層數(shù)過(guò)少則能帶調(diào)節(jié)效果不理想，層數(shù)過(guò)多則導(dǎo)致工藝成本高。該實(shí)施例中，第一超晶格結(jié)構(gòu)層52中的GaN勢(shì)阱層將產(chǎn)生和束縛大量空穴，形成二維空穴高密態(tài)，增加空穴注入效率，提高電子和空穴復(fù)合概率。同時(shí)，第一超晶格結(jié)構(gòu)層52中由于GaN和AlGaN的晶格常數(shù)的差異，導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生而出現(xiàn)了壓電極化，強(qiáng)烈的極化場(chǎng)產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的內(nèi)建電場(chǎng)導(dǎo)致能帶傾斜，同樣有利于空穴越過(guò)電子阻擋層到達(dá)量子阱發(fā)光層40與電子復(fù)合發(fā)光。
[0023]圖2a為本發(fā)明第二實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2b為圖2a示出的GaN基LED結(jié)構(gòu)的局部能帶示意圖。如圖2a和圖2b所示，該實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)中的電子阻擋層具體包括:位于量子阱發(fā)光層40之上的AlGaN材料的第二塊結(jié)構(gòu)層53，和位于第二塊結(jié)構(gòu)層53之上的InGaN/GaN材料的第二超晶格結(jié)構(gòu)層54。第二超晶格結(jié)構(gòu)層54中的超晶格層數(shù)目可以為1-6層，層數(shù)過(guò)少則能帶調(diào)節(jié)效果不理想，層數(shù)過(guò)多則導(dǎo)致工藝成本高。該實(shí)施例中，由于InGaN、GaN的能帶比AlGaN的要小，采用InGaN/GaN超晶格，在不影響阻擋電子的作用下，減少空穴越過(guò)超晶格的能量，提高空穴越過(guò)電子阻擋層、到達(dá)量子阱發(fā)光層40與電子復(fù)合的概率。
[0024]圖3a為本發(fā)明第三實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3b為圖3a示出的GaN基LED結(jié)構(gòu)的局部能帶示意圖。如圖3a和圖3b所示，該實(shí)施例的GaN基LED結(jié)構(gòu)中的電子阻擋層