具有电子能量调节层的发光二极管外延结构的制作方法
【专利摘要】本发明具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，涉及至少有一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件，从上至下顺序包括衬底、缓冲层、第一N型半导体材料、电子能量调节层、第二N型半导体材料层、多量子阱层、P型电子阻挡层和P?型半导体材料传输层，其中电子能量调节层的相对介电常数为8.5～15.3，小于第一N型半导体材料层和第二N型半导体材料层的介电常数，其厚度为1～5000nm，材料为n?型掺杂，并且其掺杂元素浓度需大于第一N型半导体材料层和第二N型半导体材料层，n?型掺杂是通过掺杂Si、Ge、O或H元素实现，克服了现有技术存在减小漏电子电流的同时却影响空穴的注入效率的缺陷。
【专利说明】
具有电子能量调节层的发光二极管外延结构
技术领域
[0001]本发明的技术方案涉及至少有一个电位跃变势皇或表面势皇的专门适用于光发射的半导体器件，具体地说是具有电子能量调节层的发光二极管外延结构。
【背景技术】
[0002]经过研究和实践证实，氮化物半导体的发光二极管(LED)具备有助于减缓全球气候变暖、改善生存环境和缓解当前能源紧张等功效。尤其是近三十年以来，氮化物半导体LED在外延生长、器件工艺、材料表征等方面均取得了重要的进步，并且LED已经在照明、显示、通讯、防伪检测和生物医学等诸多领域显示了重要的应用价值。
[0003]在影响LED内量子效率的诸多因素中，电子的注入效率被公认为是造成LED内量子效率降低且效率衰减的重要因素之一。研究人员发现，非极化匹配的P-型电子阻挡层容易在最后一个量子皇和P-型电子阻挡层的界面处造成电子的集聚，导致漏电子电流增加。为了增强电子的注入效率，研究人员利用四元AlInGaN型和三元InAlN型取代三元AlGaN作为P-型电子阻挡层，通过适当调配化合物组分的比例，可以获得和GaN量子皇晶格常数匹配接近的P-型电子阻挡层，以此减小最后一个量子皇和P-型电子阻挡层界面处的电子集聚，降低漏电子电流;研究人员还发现用AlGaN/GaN超晶格取代AlGaN作为P-型电子阻挡层在外延生长层面上较容易实现，并且实验和理论均证实该AlGaN/GaN超晶格型电子阻挡层实际上增加了空穴的注入效率，空穴注入的提升使更多的电子参与电子-空穴复合，间接地减小了漏电子电流，当然如果适当优化AlGaN/GaN超晶格中GaN薄层的厚度，可以利用共振隧道效应(resonant tunneling effect)对拥有某些能量值的电子进行反射，进一步减小其漏电子电流的漏率;此外，研究人员又提出通过增加量子阱/量子皇界面处的导带阶跃，增加电子的注入效率。然而上述现有技术方案均存在在减小漏电子电流的同时却影响空穴的注入效率的缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，通过在N型半导体材料中插入一层相对介电常数低的半导体材料作为电子能量调节层，该电子能量调节层通过降低N型半导体材料的介电常数，降低电场强度，进而降低载流子的漂移过程和能量，克服了现有技术存在在减小漏电子电流的同时却影响空穴的注入效率的缺陷。
[0005]本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，该结构从上至下顺序包括衬底、缓冲层、第一 N型半导体材料、电子能量调节层、第二N型半导体材料层、多量子阱层、P-型电子阻挡层和P-型半导体材料传输层，其中，电子能量调节层的相对介电常数取值为8.5?15.3，该介电常数小于第一 N型半导体材料层的介电常数和第二N型半导体材料层的介电常数，其厚度为I?5000nm，电子能量调节层的材料为η-型掺杂，并且其掺杂元素浓度需大于第一 N型半导体材料层和第二 N型半导体材料层，n_型惨杂是通过惨杂S1、Ge、0或11兀素实现。
[0006]上述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，所述衬底优选为蓝宝石、S1、SiC、AlN、石英玻璃或GaN，该衬底是
[0001]极性、半极性或非极性的。
[0007]上述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，所述缓冲层的材质为AlxiInyiGai—xi—yiN，式中，O彡xl彡 1，0彡yl彡 1，0彡 Ι-xl+yl，厚度为 10 ?50nm。
[0008]上述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，所述第一N型半导体材料层的材质为 AlxiInylGal—xl—ylN，式中，O彡 xl彡 1，0彡yl彡 1，0彡 Ι-xl-yl，厚度为 50?5000nm。
[0009]上述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，所述第二N型半导体材料层的材质为 AlxiInylGal—xl—ylN，式中，O彡 xl彡 1，0彡yl彡 1，0彡 Ι-xl-yl，厚度为 50?5000nm。
[0010]上述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，所述多量子阱层的结构为Alxi InyiGai—xi—yiN/ A1X2 Iny2Gai—X2-y2N，S*，(XxKl、(XyKl，(Xl-xl-yl，(Xx2<l，(Xy2彡 I，0彡l-x2-y2，其中量子皇Alx2Iny2Ga1-X2I2N的厚度为5?50nm，量子阱AlxlInylGai—xl—yiN的厚度为I?20nm，其量子阱个数大于I。
[0011]上述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，所述P-型电子阻挡层的材质为AlxlInylGa1-xl—ylN，式中，O彡xl彡 1，0彡yl彡 1，0彡 Ι-xl-yl，厚度为 10 ?10nm0
[0012]上述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，所述P型半导体材料传输层108的材质为 AlxiInylGa1-xl—ylN，式中，O彡xl彡 1，0彡yl彡 1，0彡 Ι-xl-yl，厚度为 100 ?500nmo
[0013]上述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其制备方法如下:
[0014]第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将衬底在1200°C进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
[0015]第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底表面外延生长一层厚度为10?50nm缓冲层；
[0016]第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的缓冲层上外延生长厚度为50?5000nm的N型半导体材料层103;
[0017]第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步得到的N型半导体材料层103上外延生长厚度为I?5000nm的电子能量调节层；
[0018]第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步得到的电子能量调节层上外延生长厚度为50?5000nm的第二 N型半导体材料层；
[0019]第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步得到的第二N型半导体材料层上外延生长AlxiInyiGa1-x1-yiN/Alx21 Iiy2Gany2NS 量子阱层，式中，O彡xl彡 1、0彡yl彡 1，0彡 l-xl_yl，0彡x2彡1，0彡y2彡1，0彡卜x2-y2，其中量子皇Alx2Iny2Ga1-x2—y2N的厚度为5?50nm，量子阱Alxl InylGa1-xl—ylN的厚度为I?20nm，其量子阱个数大于I。
[0020]第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步得到的多量子阱层上外延生长厚度为10?10nm的P-型电子阻挡层；
[0021]第八步，在MOCVD反应炉中，在第七步得到的P-型电子阻挡层上外延生长厚度为100?500nm的P-型半导体材料传输层；
[0022]由此制得本发明的具有电子能量调节层的发光二极管外延结构。
[0023]上述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，所涉及的原材料均可通过公知途径获得，其制备方法中的操作工艺是本技术领域的技术人员能够掌握的。
[0024]本发明的有益效果是:与现有技术相比，本发明具有如下的突出的实质性特点和显著进步:
[0025](I)本发明通过在N型半导体材料中插入一层相对介电常数低的半导体材料作为电子能量调节层，该电子能量调节层通过降低N型半导体材料的介电常数，降低电场强度，进而降低载流子的漂移过程和能量。
[0026](2)电子在注入到量子阱之前，首先通过本发明中的电子能量调节层，降低了电子的能量，从而量子阱发光区可以更加有效地捕获电子，更重要的是，该电子能量调节层不对量子阱、量子皇和P-型电子阻挡层产生影响，所以不会影响空穴的注入效率。
[0027](3)本发明克服了现有技术在减小漏电子电流的同时却影响了空穴的注入效率的缺陷。
【附图说明】
[0028]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0029]图1为现有常规氮化物发光二极管外延结构示意图。
[0030]图2为本发明具有电子能量调节层的发光二极管外延结构示意图。
[0031]图3为本发明选择的材料AlxlInylGanylN系列中的相对介电常数和晶格常数随禁带宽度变化示意图。
[0032]其中，101.衬底，102.缓冲层，103.第一N型半导体材料层，104.电子能量调节层，105.第二N型半导体材料层，106.多量子阱层，107.P-型电子阻挡层，108.P-型半导体材料传输层。
【具体实施方式】
[0033]图1所示实施例表明，现有常规氮化物发光二极管外延结构，其依次包括:衬底101、缓冲层102、第一 N型半导体材料、多量子阱层106、P-型电子阻挡层107和P-型半导体材料传输层108。
[0034]图2所示实施例表明，本发明具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其依次包括:衬底101、缓冲层102、第一 N型半导体材料103、电子能量调节层104、第二 N型半导体材料层105、多量子阱层106、P-型电子阻挡层107和P-型半导体材料传输层108。
[0035]图3所示实施例显示了本发明选择的材料AlxlInylGm-xl-ylN^列中的相对介电常数和晶格常数随禁带宽度变化情况，即在本发明具有电子能量调节层的发光二极管外延结构所选择的材料AlxlInylGa1-xl-ylN系列中，其不同xl和yl下对应的相对介电常数，晶格常数和禁带度。根据这图可以知道，整个系列的相对介电常数的范围，并选取出小的相对介电常数的材料作为电子能量调节层。此图参考文献为:E.Fred.Schubert主编，2006年剑桥大学出片反，Light-emitting d1des。
[0036]实施例1
[0037]本实施例的具有电子能量调节层的发光二极管外延结构从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、第一 N型半导体材料103、电子能量调节层104、第二 N型半导体材料层105、多量子阱层106、P-型电子阻挡层107和P-型半导体材料传输层108，其中，电子能量调节层104的相对介电常数取值为8.5，该介电常数小于第一 N型半导体材料层103的介电常数和第二N型半导体材料层105的介电常数，其厚度为lnm，电子能量调节层104的材料为η-型掺杂，并且其掺杂元素浓度需大于第一 N型半导体材料层103和第二 N型半导体材料层105，η-型掺杂是通过惨杂Si兀素实现的ο
[0038]上述中，衬底101为蓝宝石，该衬底101是
[0001]极性的；缓冲层102的材质为Α1Ν，厚度为1nm;第一N型半导体材料层103的材质为Al0.gGauN，厚度为50nm;电子能量调节层104的材质为AlN;第二N型半导体材料层105的材质为AlQ.9GaQ.!N，厚度为5000nm;多量子阱层106的结构为六1().856&().151'^11'1，其中量子皇41().96&().11'1的厚度为511111，量子讲41().856&().15~的厚度为lnm，其量子阱个数大于1;P-型电子阻挡层107的材质为A1N，厚度为10nm;P型半导体材料传输层108的材质为AlN，厚度为I OOnm。
[0039]上述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其制备方法如下:
[0040]第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将
[0001]极性的蓝宝石衬底101在1200°C进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
[0041 ]第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底表面外延生长一层材质为A1N，厚度为1nm的缓冲层102;
[0042]第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的缓冲层102上外延生长材质为Al0.9Ga0.1N，厚度为50nm的N型半导体材料层103;
[0043]第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步得到的N型半导体材料层103上外延生长厚度为Inm的电子能量调节层104，其材质为A1N，相对介电常数取值为8.5，该介电常数小于第一N型半导体材料层103的介电常数和第二 N型半导体材料层105的介电常数，该电子能量调节层104的材料为η-型掺杂，并且其掺杂元素浓度需大于第一 N型半导体材料层103和第二 N型半导体材料层105，η-型掺杂是通过掺杂Si元素实现的；
[0044]第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步得到的电子能量调节层104上外延生长材质为Al0.9Ga0.1N，厚度为5000nm的第二 N型半导体材料层105;
[0045]第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步得到的第二 N型半导体材料层105上外延生长结构为AlQ.85Ga0.15N/AlN，其中量子皇AlN的厚度为5nm，量子阱AlQ.85GaQ.15N的厚度为lnm，其量子阱个数大于I的多量子阱层106;
[0046]第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步得到的多量子阱层106上外延生长材质为A1N，厚度为1nm的P-型电子阻挡层107;
[0047]第八步，在MOCVD反应炉中，在第七步得到的P-型电子阻挡层107上外延生长材质为AlN，厚度为I OOnm的P-型半导体材料传输层108。
[0048]由此制得本实施例的具有电子能量调节层的发光二极管外延结构。
[0049]实施例2
[0050]本实施例的具有电子能量调节层的发光二极管外延结构从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、第一 N型半导体材料103、电子能量调节层104、第二 N型半导体材料层105、多量子阱层106、P-型电子阻挡层107和P-型半导体材料传输层108，其中，电子能量调节层104的相对介电常数取值为11.9，该介电常数小于第一 N型半导体材料层103的介电常数和第二N型半导体材料层105的介电常数，其厚度为2500nm，电子能量调节层104的材料为η-型掺杂，并且其掺杂元素浓度需大于第一 N型半导体材料层和第二 N型半导体材料层，η-型掺杂是通过掺杂Ge元素实现。[0051 ]上述中，衬底101为Si，该衬底101是半极性的；缓冲层102的材质为GaN，厚度为30nm;第一N型半导体材料层103的材质为InQ.5Ga0.5N，厚度为2500nm;电子能量调节层104的材质为InQ.2GaQ.8N;第二 N型半导体材料层105的材质为In0.5GaQ.5N，厚度为2500nm;多量子阱层106的结构为In0.6Ga0.4N/In0.sGa0.5N，其中量子皇In0.sGa0.5N(的厚度为50nm，量子讲In0.6GaQ.4N的厚度为5nm，其量子阱个数大于I ;P-型电子阻挡层107的材质为AltL2Ga0.8N，厚度为50nm;P型半导体材料传输层108的材质为GaN，厚度为300nmo
[0052]上述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其制备方法如下:
[0053]第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将半极性的Si衬底1I在1200°C进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
[0054]第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底表面外延生长一层材质为GaN，厚度为30nm的缓冲层102;
[0055]第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的缓冲层102上外延生长材质为In0.5Ga0.5N，厚度为2500nm的N型半导体材料层103;
[0056]第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步得到的N型半导体材料层103上外延生长厚度为250011111的电子能量调节层104，其材质为111().26&().81相对介电常数取值为11.9，该介电常数小于第一 N型半导体材料层103的介电常数和第二 N型半导体材料层105的介电常数，该电子能量调节层104的材料为η-型掺杂，并且其掺杂元素浓度需大于第一N型半导体材料层103和第二N型半导体材料层105，η-型掺杂是通过掺杂Ge元素实现的；
[0057]第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步得到的电子能量调节层104上外延生长材质为In0.5GaQ.5N，厚度为2500nm的第二 N型半导体材料层105;
[0058]第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步得到的第二 N型半导体材料层105上外延生长结构为 In0.6Ga0.4N/In().5Ga().5N，其中量子皇 In0.5Ga0.5N 的厚度为 25nm，量子讲 In0.6Ga0.4N 的厚度为10nm，其量子阱个数大于I的多量子阱层106;
[0059]第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步得到的多量子阱层106上外延生长材质为Al0.2GaQ.8N，厚度为50nm的P-型电子阻挡层107;
[0060]第八步，在MOCVD反应炉中，在第七步得到的P-型电子阻挡层107上外延生长材质为GaN，厚度为300nm的P-型半导体材料传输层108。
[0061]由此制得本实施例的具有电子能量调节层的发光二极管外延结构。
[0062]实施例3
[0063]本实施例的具有电子能量调节层的发光二极管外延结构从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、第一 N型半导体材料103、电子能量调节层104、第二 N型半导体材料层105、多量子阱层106、P-型电子阻挡层107和P-型半导体材料传输层108，其中，电子能量调节层104的相对介电常数取值为15(整个AlInGaN材质系统里面介电常数最大的是InN15.3所以电子能量调节层一定要小于15.3)，该介电常数小于第一N型半导体材料层103的介电常数和第二N型半导体材料层105的介电常数，其厚度为5000nm，电子能量调节层104的材料为n-型掺杂，并且其掺杂元素浓度需大于第一 N型半导体材料层和第二 N型半导体材料层，η-型惨杂是通过惨杂O兀素实现；
[0064]上述中，衬底101为SiC，该衬底101是非极性的；缓冲层102的材质为InN，厚度为50nm;第一N型半导体材料层103的材质为InN，厚度为5000nm;电子能量调节层104的材质为In0.gGauN厚度为5000nm;第二 N型半导体材料层105的材质为InN，厚度为50nm;多量子阱层106的结构为InN/In0.gGa0.1N，其中量子皇In0.gGa0.1^^厚度为50nm，量子阱InN的厚度为20nm，其量子阱个数大于1;P-型电子阻挡层107的材质为GaN，厚度为100nm;P型半导体材料传输层108的材质为In0.gGa0.1N，厚度为500nmo
[0065]上述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其制备方法如下:
[0066]第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将非极性的SiC衬底1I在1200°C进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
[0067]第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底表面外延生长一层材质为InN，厚度为50nm的缓冲层102;
[0068]第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的缓冲层102上外延生长材质为InN，厚度为500011111的~型半导体材料层103;
[0069]第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步得到的N型半导体材料层103上外延生长厚度为500011111的电子能量调节层104，其材质为111().96&().1叱相对介电常数取值为15.3，该介电常数小于第一 N型半导体材料层103的介电常数和第二 N型半导体材料层105的介电常数，该电子能量调节层104的材料为η-型掺杂，并且其掺杂元素浓度需大于第一N型半导体材料层103和第二N型半导体材料层105，η-型掺杂是通过掺杂O元素实现的；
[0070]第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步得到的电子能量调节层104上外延生长材质为InN，厚度为50nm的第二 N型半导体材料层105;
[0071]第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步得到的第二 N型半导体材料层105上外延生长结构为InN/In0.gGa0.1N，其中量子皇In0.gGa0.1^^厚度为50nm，量子阱InN的厚度为20nm，其量子阱个数大于I的多量子阱层106;
[0072]第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步得到的多量子阱层106上外延生长材质为GaN，厚度为10nm的P-型电子阻挡层107;
[0073]第八步，在MOCVD反应炉中，在第七步得到的P-型电子阻挡层107上外延生长材质为Intx9Ga0.!N，厚度为500nm的P-型半导体材料传输层108。
[0074]由此制得本实施例的具有电子能量调节层的发光二极管外延结构。
[0075]实施例4
[0076]本实施例的具有电子能量调节层的发光二极管外延结构从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、第一 N型半导体材料103、电子能量调节层104、第二 N型半导体材料层105、多量子阱层106、P-型电子阻挡层107和P-型半导体材料传输层108，其中，电子能量调节层104的相对介电常数取值为8.5，该介电常数小于第一 N型半导体材料层103的介电常数和第二N型半导体材料层105的介电常数，其厚度为20nm，电子能量调节层104的材料为η-型掺杂，并且其掺杂元素浓度需大于第一N型半导体材料层和第二N型半导体材料层，η-型掺杂是通过掺杂H元素实现；
[0077]上述中，衬底101为Α1Ν，该衬底101是
[0001]极性的;缓冲层102的材质为GaN，厚度为25nm;第一N型半导体材料层103的材质为GaN，厚度为2000nm;电子能量调节层104的材质为AlQ.2GaQ.sN厚度为20nm;第二 N型半导体材料层105的材质为GaN，厚度为2000nm;多量子阱层106的结构为InQ.2GaQ.8N/GaN，其中量子皇GaN的厚度为10nm，量子阱InQ.2GaQ.sN的厚度为3nm，其量子讲个数大于I ;P-型电子阻挡层107的材质为Al0.2Ga0.8N，厚度为20nm;P型半导体材料传输层108的材质为GaN，厚度为150nm。
[0078]上述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其制备方法如下:
[0079]第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将
[0001]极性的AlN衬底101在1200°C进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
[0080]第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底表面外延生长一层材质为GaN，厚度为25nm的缓冲层102;
[0081 ]第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的缓冲层102上外延生长材质为GaN，厚度为200011111的~型半导体材料层103;
[0082]第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步得到的N型半导体材料层103上外延生长厚度为20nm的电子能量调节层104，其材质为Al0.2Ga0.sN，相对介电常数8.5，该介电常数小于第一 N型半导体材料层103的介电常数和第二 N型半导体材料层105的介电常数，该电子能量调节层104的材料为η-型掺杂，并且其掺杂元素浓度需大于第一 N型半导体材料层103和第二 N型半导体材料层105，η-型掺杂是通过掺杂H元素实现的；
[0083]第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步得到的电子能量调节层104上外延生长材质为GaN，厚度为2000nm的第二 N型半导体材料层105;
[0084]第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步得到的第二 N型半导体材料层105上外延生长结构为IntL2Ga0.8N/GaN，其中量子皇GaN的厚度为10nm，量子阱InQ.2GaQ.sN的厚度为3nm，其量子阱个数大于I的多量子阱层106;
[0085]第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步得到的多量子阱层106上外延生长材质为Al0.2GaQ.8N，厚度为20nm的P-型电子阻挡层107;
[0086]第八步，在MOCVD反应炉中，在第七步得到的P-型电子阻挡层107上外延生长材质为GaN，厚度为150nm的P-型半导体材料传输层108。
[0087]由此制得本实施例的具有电子能量调节层的发光二极管外延结构。
[0088]实施例5
[0089]除衬底101为石英玻璃之外，其他同实施例2。
[0090]由此制得本实施例的具有电子能量调节层的发光二极管外延结构。
[0091 ] 实施例6
[0092]除衬底101为GaN之外，其他同实施例3。
[0093]由此制得本实施例的具有电子能量调节层的发光二极管外延结构。
[0094]上述实施例中所涉及的原材料均可通过公知途径获得，其制备方法中的操作工艺是本技术领域的技术人员能够掌握的。
【主权项】
1.具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于:该结构从上至下顺序包括衬底、缓冲层、第一 N型半导体材料、电子能量调节层、第二 N型半导体材料层、多量子阱层、P型电子阻挡层和P-型半导体材料传输层，其中，电子能量调节层的相对介电常数取值为8.5?15.3，该介电常数小于第一N型半导体材料层的介电常数和第二N型半导体材料层的介电常数，其厚度为I?5000nm，电子能量调节层的材料为η-型掺杂，并且其掺杂元素浓度需大于第一N型半导体材料层和第二N型半导体材料层，η-型掺杂是通过掺杂S1、Ge、0或H元素实现。2.根据权利要求1所述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于:所述衬底为蓝宝石、S1、SiC、AlN、石英玻璃或GaN，该衬底101是[0001]极性、半极性或非极性的。3.根据权利要求1所述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于:所述缓冲层的材质为AlxlInylGa1-X1I1N,式中，O彡xl彡I，0彡yl彡I，0彡Ι-xl+yl，厚度为10?50nmo4.根据权利要求1所述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于:所述第一 N-型半导体材料层的材质为AlxlInylGal-xl—ylN，式中，O彡xl彡1，0彡yl彡1，0彡1-x卜yl，厚度为50?5000nmo5.根据权利要求1所述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于:所述第二 N-型半导体材料层的材质为AlxlInylGal-xl—ylN，式中，O彡xl彡1，0彡yl彡1，0彡1-x卜yl，厚度为50?5000nmo6.根据权利要求1所述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于:所述多量子阱层的结构为Alxl InylGa1-X1I1NZAlx2 Iny2Ga1-X2I2N，式中，O彡xl彡 1、0彡yl彡 1，0彡 1-xl-yl，0彡x2彡 1，0彡 y2彡 1，0彡 l-x2-y2，其中量子皇 Alx2Iny2Ga1-x2—y2N 的厚度为 5?50nm，量子阱Alxl InylGa1-xl-ylN的厚度为I?20nm，其量子阱个数大于I。7.根据权利要求1所述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于:所述P-型电子阻挡层的材质为AlxlInylGa1-xl—ylN，式中，O彡Xl彡1，0彡yl彡1，0彡Ι-xl-yl，厚度为10?10nm08.根据权利要求1所述具有电子能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于:所述P型半导体材料传输层的材质为AlxiInyiGai—xi—yiN，式中，0<xKl ,(XyKl，0<l-xl-yl，厚度为100?500nmo
【文档编号】H01L33/14GK105895765SQ201610257519
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】张紫辉, 张勇辉, 毕文刚, 徐庶, 耿翀
【申请人】河北工业大学