[实用新型]一种氮化镓基发光二极管外延结构

说明书

本实用新型公开了一种氮化镓基发光二极管外延结构，包括依次设置在衬底上的n型氮化镓基外延层、氮化镓基有源层、p型氮化镓基外延层；其中：所述氮化镓基有源层和p型氮化镓基外延层之间设置有含硼氮化镓基电子阻挡层，所述含硼氮化镓基电子阻挡层厚度为3nm～100nm,组份为B_aAl_bGa_1‑a‑bN，其中0.03≦a≦0.3,0≦b≦0.97，所述衬底为碳化硅基板、硅基板、蓝宝石基板中的一种。本实用新型的优点在于：采用了含硼氮化镓基电子阻挡层，含硼氮化镓基电子阻挡层相较于传统的铝镓氮电子阻挡层,含硼氮化镓基电子阻挡层的导带底和价带顶位置皆较高,对外延结构中氮化镓基有源层的电子局限和电洞注入都有助益。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种氮化镓基发光二极管外延结构。

背景技术

发光二极管（Light Emitting Diode，简称LED）是一种能将电能转化为光的二极管器件，与白炽灯和荧光灯等常见光源相比，具有体积小、寿命长、光效高、响应快、绿色环保等优点，其中蓝光LED加黄色萤光粉的白光方案在照明领域更已大量的取代白炽灯和萤光灯。氮化镓基外延作为制备绿、蓝到紫外光LED的主要外延技术，近年来发展迅速,而氮化镓基外延结构中,如何在有源层中将电子和空穴进行最大化的复合，是外延结构设计的关键。

常规氮化镓基发光二极管外延结构中，电子的迁移率远大于空穴，这导致在外延结构中,有源层的电子容易溢流到p型半导体层,使有源层中电子和空穴的复合效率下降，因此，为了将电子局限在有源层中，一般会在外延结构的有源层和p型半导体层之间设置一电子阻挡层。常见氮化镓基发光二极管外延结构的电子阻挡层选用的是铝镓氮材料，对电子阻挡层而言,如何提升其电子的阻挡效果和空穴的注入效果,是电子阻挡层研究设计的重点，如中国专利申请号为201210122392.X的专利中，李文兵等人提到的采用渐变铝组分的铝镓氮材料来作为电子阻挡层，这样既可以有效阻挡电子溢流到p型半导体层,又可以减少对空穴注入到有源层效率的影响；如中国专利申请号为201610271839 .8的专利中，农明涛提出的通过铝镓氮材料为基础构成的超晶格结构作为电子阻挡层。Haiding Sun等人在“Appl. Phys. Lett. 111, 122106 (2017)”中的研究指出氮化镓基材料能带示意图如图1,氮化镓基材料引入铝成分形成铝镓氮材料，随着铝组分的提高，铝镓氮材料的导带底提高、价带顶降低，禁带宽度变大，最多铝组分的氮化铝禁带宽度最大，导带底最高，价带顶最低；而于氮化铝材料引入硼组分，禁带宽度变小，但导带底会进一步提高，价带顶也会提高。以铝镓氮材料作为电子阻挡层的氮化镓基发光二极管常规结构的能带组合示意图如图2所示,在图2中，可以看到铝镓氮作为电子阻挡层高的导带底有效阻挡电子溢流到p型半导体层的同时，低的价带顶对于空穴由p型半导体层有效的注入到有源层中也存在一定的阻碍。

实用新型内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种氮化镓基发光二极管外延结构，解决了常规氮化镓基发光二极管外延结构中，电子的迁移率远大于空穴，这导致在外延结构中,有源层的电子容易溢流到p型半导体层,使有源层中电子和空穴的复合效率下降的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种氮化镓基发光二极管外延结构，包括依次设置在衬底上的n型氮化镓基外延层、氮化镓基有源层、p型氮化镓基外延层；其中：所述氮化镓基有源层和p型氮化镓基外延层之间设置有含硼氮化镓基电子阻挡层，所述含硼氮化镓基电子阻挡层厚度为3nm～100nm,组份为B_aAl_bGa_1-a-bN，其中0.03≦a≦0.3, 0≦b≦0.97，所述衬底为碳化硅基板、硅基板、蓝宝石基板中的一种。