GaN基LED结构及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于LED (Light Emitting D1de,发光二极管)技术领域,具体涉及一种GaN基LED结构及其形成方法。
【背景技术】
[0002]随着LED产业的不断发展，LED凭借其节能环保的优势成为新一代的照明光源，同时在LED器件性能上也不断向亮度高、电压低、可靠性好的方向发展。现有工艺中通过在量子阱发光层后插入电子阻挡层，以利于增加电子空穴的空间复合概率，提高内量子效率，提升光效。
[0003]常见的电子阻挡层有AlGaN块结构、AlGaN/GaN超晶格结构等形式。AlGaN材料的禁带宽度较GaN材料的禁带宽度大，在量子阱发光层后插入AlGaN块结构或者AlGaN/GaN超晶格结构的电子阻挡层，虽然能有效的阻挡电子越过量子阱发光层迁至P型层中，但同时也阻挡了空穴迁至量子阱发光层中，电子空穴复合的效率还有待提高。
【发明内容】
[0004]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的内量子效率不够高的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种内量子效率高的GaN基LED结构及其形成方法。
[0005]有鉴于此，根据本发明实施例的GaN基LED结构，可以包括:衬底；
位于所述衬底之上的GaN缓冲层；位于所述GaN缓冲层之上的第一掺杂类型GaN层；位于所述第一掺杂类型GaN层之上的量子阱发光层；位于所述量子阱发光层之上的第二掺杂类型GaN层；电子阻挡层，所述电子阻挡层位于所述量子阱发光层与P掺杂类型GaN层之间，其中，所述电子阻挡层包括块结构层和超晶格结构层，所述块结构层的禁带宽度大于GaN的禁带宽度，所述超晶格结构层用于调节所述P掺杂类型GaN层与所述块结构层之间的能带倾斜程度以降低空穴势垒高度；以及P电极和N电极。
[0006]根据本发明实施例的GaN基LED结构，采用块结构层加超晶格结构层的复合结构，一方面提高电子势垒高度、减少电子逸出量子阱发光层，另一方面有效降低空穴势垒高度，促使P型层的空穴更容易移动至量子阱发光层，大幅度提升电子空穴在量子阱发光层内的复合发光效率。本发明的GaN基LED结构还具有结构简单的优点。
[0007]有鉴于此，根据本发明实施例的GaN基LED结构的形成方法，可以包括以下步骤:提供衬底；在所述衬底之上形成GaN缓冲层；在所述GaN缓冲层之上形成第一掺杂类型GaN层；在所述第一掺杂类型GaN层之上形成量子阱发光层；在所述量子阱发光层之上形成第二掺杂类型GaN层；在所述量子阱发光层与P掺杂类型GaN层之间形成电子阻挡层，其中，所述电子阻挡层包括块结构层和超晶格结构层，所述块结构层的禁带宽度大于GaN的禁带宽度，所述超晶格结构层用于调节所述P掺杂类型GaN层与所述块结构层之间的能带倾斜程度以降低空穴势垒高度；以及形成P电极和N电极。
[0008]根据本发明实施例的GaN基LED结构的形成方法，采用块结构层加超晶格结构层的复合结构，一方面提高电子势垒高度、减少电子逸出量子阱发光层，另一方面有效降低空穴势垒高度，促使p型层的空穴更容易移动至量子阱发光层，大幅度提升电子空穴在量子阱发光层内的复合发光效率。本发明的GaN基LED结构的形成方法还具有工艺简单的优点。
【附图说明】
[0009]图la为本发明第一实施例的GaN基LED结构的示意图。
[0010]图lb为图la示出的GaN基LED结构的局部能带示意图。
[0011]图2a是本发明第二实施例的GaN基LED结构的示意图。
[0012]图2b为图2a示出的GaN基LED结构的局部能带示意图。
[0013]图3a是本发明第三实施例的GaN基LED结构的示意图。
[0014]图3b为图3a示出的GaN基LED结构的局部能带示意图。
[0015]图4a是本发明第四实施例的GaN基LED结构的示意图。
[0016]图4b为图4a示出的GaN基LED结构的局部能带示意图。
[0017]图5是本发明实施例的GaN基LED结构的形成方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0019]本发明第一方面提出一种GaN基LED结构，可以包括:衬底；位于所述衬底之上的GaN缓冲层；位于所述GaN缓冲层之上的第一掺杂类型GaN层；位于第一掺杂类型GaN层之上的量子阱发光层；位于量子阱发光层之上的第二掺杂类型GaN层；电子阻挡层；以及P电极和N电极。需要说明的是，可以是第一掺杂类型GaN层为N型GaN层、第二掺杂类型GaN层为P型GaN层，也可以为相反情况。P电极和P型掺杂类型GaN层相连，N电极和N型掺杂类型GaN层相连。其中，电子阻挡层位于量子阱发光层与P掺杂类型GaN层之间。电子阻挡层具体可以包括块结构层和超晶格结构层。块结构层是指浑然为整个块体的、化学成分单一的半导体材料层。块结构层的禁带宽度大于GaN的禁带宽度，提高电子势垒高度，减少电子逸出发光量子阱层的概率，实现电子阻挡层的基本作用。超晶格结构层是指由两种晶格较匹配的半导体材料交替地生长周期性结构。超晶格结构层用于调节P掺杂类型GaN层与块结构层之间的能带倾斜程度以降低空穴势垒高度。
[0020]需要说明的是，本领域技术人员还可以根据需要加入以下可选结构以进一步改善LED结构的发光效果:本征半导体层、电流阻挡层、超晶格接触层等等。此为本领域技术人员的已知技术，本文不赘述。
[0021]上述实施例的GaN基LED结构中，采用块结构层加超晶格结构层的复合结构，一方面提高电子势垒高度、减少电子逸出量子阱发光层，另一方面有效降低空穴势垒高度，促使P型层的空穴更容易移动至量子阱发光层，大幅度提升电子空穴在量子阱发光层内的复合发光效率。本发明的GaN基LED结构还具有结构简单的优点。
[0022]图la为本发明第一实施例的GaN基LED结构的示意图。图lb为图la示出的GaN基LED结构的局部能带示意图。如图la和图lb所示，该实施例的GaN基LED结构包括由下至上依次堆叠的:衬底10、GaN缓冲层20、n型GaN层30、量子阱发光层40、电子阻挡层、P型GaN层50以及P电极和N电极(P电极和N电极均未画出)。其中电子阻挡层具体包括:位于量子讲发光层40之上的AlGaN材料的第一块结构层51,和位于第一块结构层51之上的GaN/AlGaN材料的第一超晶格结构层52。第一超晶格结构层52中的超晶格层数目可以为1-6层，层数过少则能带调节效果不理想，层数过多则导致工艺成本高。该实施例中，第一超晶格结构层52中的GaN势阱层将产生和束缚大量空穴，形成二维空穴高密态，增加空穴注入效率，提高电子和空穴复合概率。同时，第一超晶格结构层52中由于GaN和AlGaN的晶格常数的差异，导致应力的产生而出现了压电极化，强烈的极化场产生一个很强的内建电场导致能带倾斜，同样有利于空穴越过电子阻挡层到达量子阱发光层40与电子复合发光。
[0023]图2a为本发明第二实施例的GaN基LED结构的示意图。图2b为图2a示出的GaN基LED结构的局部能带示意图。如图2a和图2b所示，该实施例的GaN基LED结构中的电子阻挡层具体包括:位于量子阱发光层40之上的AlGaN材料的第二块结构层53，和位于第二块结构层53之上的InGaN/GaN材料的第二超晶格结构层54。第二超晶格结构层54中的超晶格层数目可以为1-6层，层数过少则能带调节效果不理想，层数过多则导致工艺成本高。该实施例中，由于InGaN、GaN的能带比AlGaN的要小，采用InGaN/GaN超晶格，在不影响阻挡电子的作用下，减少空穴越过超晶格的能量，提高空穴越过电子阻挡层、到达量子阱发光层40与电子复合的概率。
[0024]图3a为本发明第三实施例的GaN基LED结构的示意图。图3b为图3a示出的GaN基LED结构的局部能带示意图。如图3a和图3b所示，该实施例的GaN基LED结构中的电子阻挡层