[发明专利]一种具有共振隧穿结构电子阻挡层的发光二极管

说明书

本发明公开了一种具有共振隧穿结构电子阻挡层的发光二极管，包括：由下而上依次设置的衬底、n型氮化物层、多量子阱层、电子阻挡层、p型氮化物层、p型氮化物欧姆接触层，所述n型氮化物层上设置的n型电极和所述p型氮化物层上设置的p型电极；其中电子阻挡层由由下而上依次设置的p型掺杂氮化物势垒层，非掺杂氮化物势阱层、利用共振隧穿效应增大空穴透过率的非掺杂势垒层联合构成。本发明的有益效果为：可以有效地阻挡电子穿过有源区进入p型区，又可以增大空穴穿过电子阻挡层注入有源区的效率；可利用较简单的生长方式和较少的层结构就能达到很好的电子阻挡效果，同时获得明显高于传统电子阻挡层结构的空穴注入效率。

技术领域

本发明涉及化合物半导体光电子材料和器件的制造技术领域，尤其是一种具有共振隧穿结构电子阻挡层的发光二极管。

背景技术

LED因具有高效、节能、尺寸小、寿命长等优点而备受瞩目，已经开始逐步取代荧光灯和白炽灯等传统照明方式。但是，大电流注入条件下LED的内量子效率的快速下降，严重制约了LED的应用和发展，其中漏电流的存在被认为是导致大电流密度条件下LED效率下降的一个主要因素。因此，减小漏电流对于提高LED的发光效率具有十分重要的意义。

由于电子具有比空穴更小的有效质量和更高的迁移率，所以可以很容易地穿过有源区进入p型区，造成严重的电流泄漏进而降低芯片的辐射复合几率。如图2所示，目前商业化的GaN基LED通常使用p-AlGaN204作为电子阻挡层，将电子限制在InGaN/GaN多量子阱203有源区域中以减小漏电流。研究发现在多量子阱层203的最后一个势垒层和p-AlGaN电子阻挡层204的导带之间存在较大的能带偏移，这固然有助于阻挡电子溢出多量子阱有源区域，但与此同时由于多量子阱层203的最后一个势垒层和p-AlGaN电子阻挡层204之间所存在的极化电场也会使得价带能带发生大幅度弯曲从而对空穴形成较高的有效势垒，因而直接导致了较低的空穴注入效率。

为了有效阻挡电子的溢出，同时提高空穴的注入效率，科研工作者们尝试了多种方法改进电子阻挡层结构，其中包括采用Al组分渐变的AlGaN电子阻挡层，InAlN电子阻挡层，p-AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层等。然而这些电子阻挡层仍然无法令人满意地解决最大的技术问题：p型电子阻挡层对电子泄露的阻挡效果越明显，空穴注入效率的下降就越大，因此导致LED器件的载流子复合效率与发光效率依然较低。所以，进一步改进设计和制备合适的电子阻挡层材料与结构对于提高氮化镓基LED的发光效率具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有共振隧穿结构电子阻挡层的发光二极管，能够显著提高氮化钾基LED的发光效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有共振隧穿结构电子阻挡层的发光二极管，包括：由下而上依次设置的衬底101、n型氮化物层102、多量子阱层103、电子阻挡层104、p型氮化物层105、p型氮化物欧姆接触层106，所述n型氮化物层上设置的n型电极107和所述p型氮化物层上设置的p型电极108；其中电子阻挡层104由由下而上依次设置的p型掺杂氮化物势垒层1041，非掺杂氮化物势阱层1042、利用共振隧穿效应增大空穴透过率的非掺杂势垒层1043联合构成。

优选的，所述的共振隧穿结构电子阻挡层104，分别选用组分均匀的GaN等二元氮化物材料，AlGaN、InGaN等三元氮化物材料，AlInGaN等四元氮化物材料；其中p型势阱层1041的掺杂剂为Mg，掺杂形成的空穴浓度为1×10¹⁶～1×10¹⁹cm^-3。