[实用新型]一种氮化镓基发光二极管外延结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体技术领域，具体涉及一种氮化镓基发光二极管外延结构。

背景技术

在氮化镓(GaN)基发光二极管(Light-emittingdiode，LED)中，GaN的P型掺杂相对困难，导致P型掺杂浓度远低于N型掺杂浓度。同时，空穴的有效质量远大于电子的有效质量，导致空穴的迁移率远小于电子的迁移率。这两方面因素使得空穴向多量子阱区域的注入率远小于电子的注入率，造成了电子与空穴注入的不匹配，造成了LED的发光效率受限制以及大电流下发光效率衰减的问题。增强空穴的注入，对提升LED的发光性能具有十分重要的意义。

增强空穴注入有两类方法。第一种方法是改进GaN材料P型掺杂的技术，在掺杂剂、杂质激活工艺等技术细节上实施改进。尽管有许多研究者对GaN材料的P型掺杂技术进行了研究，但是未见有突破性进展的报道。目前通用的掺杂技术仍是Mg作为掺杂元素，通过热退火工艺进行杂质激活。第二种方法是对LED外延结构进行设计，通过改变能带结构来控制LED内载流子的输运过程，在施加电压下将更多的空穴引导注入到多量子阱区域中。第二种方法更具有可操作性，并且对LED性能的提升效果十分明显。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种增强空穴注入的氮化镓基发光二极管外延结构。

为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种氮化镓基发光二极管外延结构，自下至上依次包括：衬底、形核层、缓冲层、N型GaN层、多量子阱有源区、电子阻挡层、P型III族氮化物叠层；

所述P型III族氮化物叠层由P型GaN层和P型In_xGa_1-xN层依次交替层叠而成，其中，x＝0.01-0.3。

作为优选，所述P型GaN层和/或P型In_xGa_1-xN层的厚度为20-1000nm。

作为优选，所述衬底为蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO、LiGaO₂、LaSrAlTaO₆、Al和Cu中的一种。

作为优选，所述多量子阱有源区由y个多量子阱势垒层和y-1个多量子阱势阱层依次交替层叠而成，所述y为大于2的整数。

作为优选，所述多量子阱势垒层的材料为GaN、InGaN、AlGaN和AlInGaN中的一种。

作为优选，所述多量子阱势阱层的材料为InGaN。

作为优选，所述电子阻挡层的材料为AlGaN、InAlN或AlInGaN。

上述氮化镓基发光二极管外延结构的制备方法，包括步骤如下：

1)在衬底上依次生长形核层、缓冲层、N型GaN层、多量子阱有源区、电子阻挡层；

2)在电子阻挡层上依次交替生长P型GaN层和P型In_xGa_1-xN层，x＝0.01-0.3，得到P型III族氮化物叠层；

其中，所述P型GaN层的生长方法如下：将反应室温度控制在900-1100℃，通入二茂镁、氨气、氮气和三甲基镓，在所述的电子阻挡层或P型In_xGa_1-xN层上生长P型GaN层，掺杂浓度为3-9×10¹⁷cm^-3；

其中，所述P型In_xGa_1-xN层的生长方法如下：反应室温度保持900-1100℃，通入二茂镁、氨气、氮气、三甲基镓和三甲基铟，在上述P型GaN层上生长P型In_xGa_1-xN层，掺杂浓度为3-9×10¹⁷cm^-3。

作为优选，步骤2)中，在电子阻挡层上依次交替生长P型GaN层和P型In_0.2Ga_0.8N层，

其中，所述P型GaN层的生长方法如下：将反应室温度控制在950℃，通入二茂镁、氨气、氮气和三甲基镓，在所述的电子阻挡层上生长P型GaN层，厚度为20-40nm，掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3；