[发明专利]一种具有空穴注入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空穴注入结构电子阻挡层的发光二极管，包括：由下向上依次设置的衬底、氮化物缓冲层、n型氮化物层、多量子阱有源区、空穴注入结构电子阻挡层、p型氮化物层、透明导电层，还包括设置在所述n型氮化物层上的n型电极，以及设置在所述透明导电层上的p型电极。本发明空穴注入结构电子阻挡层的发光二极管实现有源区与电子阻挡层之间的应力匹配，有效抑制电子的泄露，同时降低Mg扩散进入有源区的概率，进而提升LED的发光效率；提高空穴的纵向迁移能力，从而显著提升空穴注入效率；异质结界面处的极化电场在空穴注入层一侧形成的二维空穴气，改善电流的拥堵效应。

技术领域

本发明涉及半导体光电子材料和器件的制造领域，特别涉及一种具有空穴注入结构电子阻挡层的发光二极管。

背景技术

LED因其高效、节能、体积小、发光波段可控性强等优点，在户外显示屏、电视机背光源、以及照明灯领域得到广泛应用，但是，随着工作电流的增加，LED发光效率迅速下降，这一问题严重制约了LED的应用和发展，通过近年来的研究结果表明，载流子泄露是导致大电流注入LED发光效率下降的关键因素之一。为了有效阻挡电子溢出，研究者已经在理论和实验上证实了用p型超晶格结构取代GaN基LED中传统的单层P-AlGaN作为电子阻挡层以提高LED的光电性能。

如图2所示为目前使用p型超晶格结构205作为电子阻挡层的商业化GaN基LED的层结构，包括由上而下依次设置的衬底201、氮化物缓冲层202、n型氮化物层203、多量子阱有源区204、p型超晶格结构205、p型氮化物层206、透明导电层207和p型AlGaN层208，在n型氮化物层203和透明导电层207上分别设置的n型欧姆电极208和p型欧姆电极209，p型超晶格结构205包括超晶格势垒层2051和超晶格势阱层2052，以p型超晶格结构作为电子阻挡层的GaN基LED内部，空穴在垂直于异质结界面方向上注入效率，仍然不够理想。

为了在有效阻挡电子溢出的同时提高空穴注入效率，科研工作者们尝试了多种方法以求进一步改进电子阻挡层结构，包括采用Al组分渐变的超晶格电子阻挡层结构或具有隧道结的复合电子阻挡层结构，以及在电子阻挡层的前后插入空穴注入层等。采用上述这些结构的电子阻挡层仍然无法解决以下技术问题：为了得到合适的空穴浓度往往需要提高Mg原子的掺杂浓度，这必然使得传统P型超晶格结构电子阻挡层中的Mg原子扩散进入有源区，成为非辐射复合中心，进一步降低LED的发光效率；高Al组分的电子阻挡层对电子和空穴的阻挡效果均很明显，造成空穴的注入效率大幅降低，导致LED的载流子复合效率与发光效率依然较低。因此，进一步优化和改进电子阻挡层的材料与结构，对于提高GaN基LED的发光效率具有重要意义。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种具有空穴注入结构电子阻挡层的发光二极管，利用具有空穴注入结构的电子阻挡层，有效抑制Mg向有源区的扩散，提高超晶格结构电子阻挡层的空穴注入效率，提升LED的发光效率。

技术方案：本发明提出了一种具有空穴注入结构电子阻挡层的发光二极管，包括：由下向上依次设置的衬底、氮化物缓冲层、n型氮化物层、多量子阱有源区、空穴注入结构电子阻挡层、p型氮化物层、透明导电层，还包括设置在所述n型氮化物层上的n型电极，以及设置在所述透明导电层上的p型电极。

所述空穴注入结构电子阻挡层由由下而上依次设置的部分掺杂氮化物超晶格结构与p型掺杂氮化物空穴注入层周期性叠加构成，最后一个周期以p型掺杂氮化物空穴注入层结尾，周期数为3～5，总厚度为40～60nm。

所述部分掺杂氮化物超晶格结构由由下而上依次设置的超晶格势垒层和超晶格势阱层周期性叠加构成，周期数为3～5，以超晶格势垒层结尾，部分掺杂氮化物超晶格结构层厚度为1～3nm，所述超晶格势垒层禁带宽度大于所述p型掺杂氮化物空穴注入层的禁带宽度，所述p型掺杂氮化物空穴注入层的禁带宽度大于所述超晶格势阱层的禁带宽度，所述超晶格势阱层的禁带宽度大于所述多量子阱有源区中势垒层的禁带宽度。