[发明专利]一种光电器件的电子阻挡层结构

说明书

本发明提出了一种光电器件的电子阻挡层结构，尽可能通过晶格结构和禁带宽度的调整来达到与量子阱和P层间的结构匹配；同时减少极化电场的形成，尽可能减弱电子阻挡层内的负电荷区域形成，进而提升效率；并减弱电子阻挡层的能带弯曲导致的电子泄露和P层空穴势能的增加。该光电器件的电子阻挡层结构采用AlInGaN或者AlInGaN/InGaN超晶格结构生长，其中In组分≤10％,Al组分≤40％；在电子阻挡层中存在In和Al组分的渐变分布，In与Al组分的渐变规律相互独立；对于AlInGaN/InGaN超晶格结构的电子阻挡层，In组分的渐变发生在超晶格的AlInGaN或者InGaN中，或者这两处都存在渐变。

技术领域：

本发明属于光电器件设计技术领域，涉及一种光电器件外延结构中电子阻挡层的结构设计。

背景技术：

现有技术在量子阱结构和P型GaN之间插入一层AlGaN的结构作为电子阻挡层(Electron-Blocking Layer:缩写为EBL)来阻挡电子进入P层进而降低器件漏电并提升器件效率。对于AlGaN电阻阻挡层，大家做了较多的研究。如中国专利申请201110150996.0《一种采用铝组分渐变电子阻挡层的LED结构》提到一种采用铝组分渐变电子阻挡层的LED结构，其中与多量子阱层的外层GaN垒接触一侧为低Al组分Al_xGa_1-xN，0≤x≤0.1，与p-GaN层接触一侧为高Al组分Al_yGa_1-yN，0.1＜y≤0.4，中间部分Al组分的量呈递增线性变化，与GaN垒接触一侧的低Al组分有效地减小了其与GaN垒界面间极化电荷的密度，极化场被减弱，从而使得界面二维电子气浓度大幅降低，减小了漏电流，总体上提高器件的内量子效率并解决了量子效率衰减问题。

对超晶格电子阻挡层的研究在不断的深入，如中国专利申请201210122392.X《渐变电子阻挡层的紫外光氮化镓半导体发光二极管》则提出了通过能带工程设计与优化，在外延结构中引入六种不同方式变化的AlGaN类超晶格铝镓氮电子阻挡层来实现铝组分的变化，从而调节电子阻挡层中的极化效应，实现高的空穴注入。继续对于超晶格AlGaN的研究也较多，如中国专利申请201110097338.X《一种利用多量子阱电子阻挡层增加发光效率的AlGaN基深紫外LED器件及制作方法》该方法采用多周期的AlGaN量子阱结构作为阻挡电子从有源区逃逸到p-AlGaN势垒屋的电子阻挡层。进一步对于超晶格结构研究，如中国专利申请201310572013.1《阻挡电子泄漏和缺陷延伸的外延生长方法及其结构》提出了生长厚度为8-25nm的Al组分逐层降低的UAlGaN/UGaN结构作为电子阻挡层，每一双层结构的UAlGaN层相比上一双层结构的UAlGaN层中的Al组分含量减少15％-50％来改变传统P-spacer能带的单一能阶高度分布，减弱了其对空穴注入时的阻挡作用，提高MQW的发光效率。

也有研究针对量子阱结构和P型GaN之间不同部分穿插入不同结构的电子阻挡层来实现更好的电子阻挡和效率提升的效果，如中国专利申请201410407703.6《Mg掺杂电子阻挡层的外延片，生长方法及LED结构》中提到在GaN垒层上生长AlGaN/GaN电子阻挡层，之后生长低温P型GaN层，再后再生长掺杂Mg的高浓度的AlGaN/InGaN电子阻挡层，最后继续生长一层高温P型GaN层和P型接触层，起到了较好的电子阻挡和效率提升的效果。

但以上方案均采用的AlGaN结构材料单层渐变、多层超晶格或者是AlGaN与InGaN的超晶格结构来实现电子阻挡的效果，由于目前普遍蓝绿光量子阱均为InGaN/GaN结构，以上的AlGaN或者AlGaN/InGaN结构均是从提高材料势垒高度的角度来单纯地解决电子泄漏进入P层的问题,而无法从材料晶格失配的角度来解决压电极化效应导致的极化电场效应。