[实用新型]一种增强空穴注入的异质结构LED器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体照明技术领域，具体是涉及一种增强空穴注入的异质结构LED器件。

背景技术

GaN基发光二极管（LED）具有体积小、寿命长、高效节能、绿色环保等优点，是传统白炽灯、荧光灯的理想替代光源，是引领新一代照明革命的核心关键器件。近十余年来，LED照明市场规模不断扩大，取得了巨大的成功，同时可见光通信、微显示、可穿戴智能眼镜等LED新型应用不断发展，对器件性能提出了更高要求。当前在学术界和产业界，仍面临的重要挑战之一是如何解决大注入电流下LED的发光效率骤降（Efficiency Droop）问题。导致器件出现效率骤降的原因众说纷纭，可能包括缺陷相关的非辐射复合、俄歇复合、载流子解局域化、空穴注入效率限制或载流子泄漏等多种因素。其中，空穴注入效率限制或载流子泄漏是其中最重要的因素之一，这是因为对GaN基材料体系而言，n型和p型材料存在显著的导电性差异，例如：n型GaN基材料掺杂容易实现，电子浓度可远大于1×10¹⁸ cm^-3，且迁移率可＞300 cm²/V/s；而p型GaN基材料缺乏合适的受主掺杂剂（通常用Mg），空穴浓度很难做到1×10¹⁸cm^-3以上，且迁移率通常＜10 cm²/V/s。因此，LED器件中n区和p区载流子存在显著的不平衡，从而导致内量子效率较低或者大注入电流下电子泄漏严重，导致器件发光效率下降。在Mg受主激活能高达150-250meV的限制条件下，现有技术通常在量子阱发光有源区和p-GaN漂移区之间引入p-AlGaN、AlGaN/GaN短周期超晶格、或者渐变组分p-AlGaN等电子阻挡层结构来阻挡电子泄漏。这些电子阻挡层在一定程度上缓解了效率骤降，但仍存在厚度较大导致器件工作电压增大、外延生长条件较为苛刻、或者制备工艺复杂等一系列问题。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种结构可靠，能够实现阻挡层中价带能带结构和电场强度分布的局部调节，有效地增强空穴注入，发光效率高的异质结构LED器件。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型所述的增强空穴注入的异质结构LED器件，其特点是：包括衬底及衬底上的外延结构，所述外延结构包括沿外延生长方向依次设置的缓冲层、非故意掺杂层、n型电子漂移层、多量子阱发光有源区、p型电子阻挡层、p型空穴漂移层和p型接触层，所述n型电子漂移层上设置有n型欧姆接触电极，所述p型接触层上设置有p型欧姆接触电极，所述p型电子阻挡层由沿外延生长方向依次设置的p-Al_xGa_1-xN层、p-In_y1Ga_1-y1N/p-In_y2Ga_1-y2N/p-In_y3Ga_1-y3N复合层及p-Al_zGa_1-zN层构成，其中所述p-Al_xGa_1-xN层用于阻挡电子，所述p-In_y1Ga_1-y1N/p-In_y2Ga_1-y2N/p-In_y3Ga_1-y3N复合层用于调整价带和电场强度，使价带更接近空穴的准费米能级而提高空穴浓度，并使空穴在更大的电场下加速获得更高速率，所述p-Al_zGa_1-zN层用于辅助增强阻挡电子。

其中，所述p-Al_xGa_1-xN层的Al组分x为0.07≤x≤1。而且，所述p-Al_xGa_1-xN层的厚度为1～5nm。