一种具有二维电子气结构的GaN基LED器件及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体发光器件技术领域，特别是涉及一种具有二维电子气结构的GaN基LED器件及其制备方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light-Emitting D1de，LED)是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。
[0003]LED是一种将电能直接转化为光能的固态半导体器件，相对于传统光源，LED具有体积小、使用寿命长、响应速度快、发光效率高的特点，因此LED成为一种备受瞩目的新型绿色光源进入照明领域。随着LED在照明及背光市场应用范围的逐年提高，中高功率器件的应用需求明显增高，但是在大电流注入下LED存在发光效率衰减的问题，在一定程度上限制了大功率、高亮度LED的开发，也制约了 LED在通用照明领域的发展。
[0004]因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有二维电子气结构的GaN基LED器件及其制备方法。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有二维电子气结构的GaN基LED器件及其制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下:
[0007]一种具有二维电子气结构的GaN基LED器件，所述LED器件从下向上依次包括:
[0008]衬底；
[0009]位于衬底上的GaN成核层；
[0010]位于GaN成核层上的GaN缓冲层；
[0011]位于GaN缓冲层上的非掺杂GaN层；
[0012]位于非掺杂GaN层上的N型GaN层；
[0013]位于N型GaN层上的二维电子气结构，所述二维电子气结构为若干对轻掺杂n_GaN层/AlN层/重掺杂n+GaN层从下向上交替堆叠组成的电子发射层；
[0014]位于二维电子气结构上的多量子阱发光层；
[0015]位于多量子阱发光层上的P型GaN层。
[0016]作为本发明的进一步改进，所述二维电子气结构包括3?10对从下向上交替堆叠的轻掺杂n-GaN层/AlN层/重掺杂n+GaN层。
[0017]作为本发明的进一步改进，所述二维电子气结构中轻掺杂n-GaN层的厚度为2?8纳米，重掺杂n+GaN层的厚度为4?20纳米。
[0018]作为本发明的进一步改进，所述二维电子气结构中AlN层的厚度为0.6?2纳米。
[0019]作为本发明的进一步改进，所述轻掺杂n-GaN层和重掺杂n+GaN层均为Si掺杂，轻掺杂n-GaN层的掺杂浓度为2E17cnT3?2E 18cnT3，重掺杂n+GaN层的掺杂浓度为2E18cm 3?6E18cm 3。
[0020]作为本发明的进一步改进，所述P型GaN层上还包括P型GaN接触层。
[0021]相应地，一种具有二维电子气结构的GaN基LED器件的制备方法，所述制备方法包括:
[0022]提供一衬底；
[0023]在衬底上生长GaN成核层；
[0024]在GaN成核层上生长GaN缓冲层；
[0025]在GaN缓冲层上生长非掺杂GaN层；
[0026]在非掺杂GaN层上生长N型GaN层；
[0027]在N型GaN层上生长二维电子气结构，所述二维电子气结构为若干对轻掺杂n_GaN层/AlN层/重掺杂n+GaN层从下向上交替堆叠组成的电子发射层；
[0028]在二维电子气结构上生长多量子阱发光层；
[0029]在多量子阱发光层上生长P型GaN层。
[0030]作为本发明的进一步改进，所述二维电子气结构包括3?10对从下向上交替堆叠的轻掺杂n-GaN层/AlN层/重掺杂n+GaN层。
[0031]本发明具有以下有益效果:
[0032]LED器件中若干对轻掺杂n-GaN层/AlN层/重掺杂n+GaN层交替堆叠组成的电子发射层，可有效抑制在大电流注入下电子溢流到非量子阱区与空穴发生非辐射复合，同时借助二维电子气来提高电子的横向扩展效率，以提高LED在大电流注入下的发光效率。
【附图说明】
[0033]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1为现有技术中GaN基LED器件的结构示意图；
[0035]图2为本发明一【具体实施方式】中具有二维电子气结构的GaN基LED器件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0037]参图1所示为现有技术中GaN基LED器件的结构示意图，从下向上依次包括:蓝宝石衬底、GaN成核层、GaN缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱发光层、P型GaN层和P型GaN接触层。
[0038]现有技术中GaN基LED器件在大电流注入下LED器件存在发光效率衰减的问题。
[0039]参图2所示，本发明一【具体实施方式】中，GaN基LED器件从下向上依次包括:
[0040]衬底10，本实施方式中衬底为蓝宝石衬底，在其他实施方式中也可以为其他衬底材料，如S1、SiC等；
[0041]位于衬底10上的GaN成核层20，优选地，GaN成核层为低温条件下生长的低温GaN成核层；
[0042]位于GaN成核层20上的GaN缓冲层30 ；
[0043]位于GaN缓冲层30上的非掺杂GaN层40 ；
[0044]位于非掺杂GaN层40上的N型GaN层50 ;
[0045]位于N型GaN层50上的二维电子气结构60 ；
[0046]位于二维电子气结构60上的多量子讲发光层70 ；
[0047]位于多量子阱发光层70上的P型GaN层80 ;
[0048]位于P型GaN层80上的P型GaN接触层90。
[0049]其中，二维电子气结构60为若干对轻掺杂n-GaN层61/A1N层62/重掺杂n+GaN层63交替堆叠组成的电子发射层。二维电子气结构可有效抑制在大电流注入下电子溢流到非量子阱区与空穴发生非辐射复合，同时借助二维电子气来提高电子的横向扩展效率，以提高LED器件在大电流注入下的发光效率。
[0050]本发明中二维电子气结构包括3?10对从下向上交替堆叠的轻掺杂n-GaN层/AlN层/重掺杂n+Ga