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一种氮化镓基发光 二极管 外延结构

阅读：1028发布：2020-05-31

专利汇可以提供一种氮化镓基发光二极管外延结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种氮化镓基发光二极管外延结构，该发光二极管包括：发光外延层，自上而下依次包括第一半导体层、具有V型坑的发光层和第二半导体层；第一电极，与所述第一半导体层形成电性连接；第二电极，与所述第二半导体层形成电性连接；在发光层与第二半导体层之间设置电子阻挡层，电子阻挡层具有水平部分以及与V型坑对应的V型部分，水平部分和/或V型部分表面具有复数个孔洞结构，孔洞具有改善空穴注入的效果，提高了辐射复合发光效率。，下面是一种氮化镓基发光二极管外延结构专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种氮化镓基发光二极管外延结构，外延结构自下而上依次包括第一半导体层、具有V型缺陷的发光层和第二半导体层；在发光层与第二半导体层之间设置电子阻挡层；
其特征在于，电子阻挡层具有水平部分以及与V型缺陷对应的V型部分，水平部分和V型部分表面具有复数个孔洞结构。
2.根据权利要求1所述的一种氮化镓基发光二极管外延结构，其特征在于，孔洞结构内填充了禁带度宽度比电子阻挡层材料低的氮化镓基半导体材料。
3.根据权利要求2所述的一种氮化镓基发光二极管外延结构，其特征在于，孔洞结构内填充了UGaN、P型GaN或者Al组份低于电子阻挡层的AlGaN。
4.根据权利要求2所述的一种氮化镓基发光二极管外延结构，其特征在于，孔洞结构内填充了AlxGayIn1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1）。
5.根据权利要求1所述的一种氮化镓基发光二极管外延结构，其特征在于，孔洞尺寸为大于等于0.1h至小于等于0.25h 。
6.根据权利要求1所述的一种氮化镓基发光二极管外延结构，其特征在于，电子阻挡层的厚度为大于等于30nm至小于等于50nm，或者大于50nm至小于等于200nm。
7.根据权利要求1所述的一种氮化镓基发光二极管外延结构，其特征在于，电子阻挡层的材料为AlaGabIn1-a-bN（0≤a≤1，0≤b≤1，a+b≤1）。
8.一种氮化镓基发光二极管，包括权利要求1至权利要求7中任意一项所述的一种氮化镓基发光二极管外延结构。

说明书全文

一种氮化镓基发光二极管 外延结构

技术领域

[0001] 本实用新型涉及半导体元件，尤其是涉及一种氮化镓基发光二极管外延结构。

背景技术

[0002] 现在的LED主要是有N型层、GaN\InGaN多量子阱、EBL（电子阻挡层）、P型层，由于P型参杂中Mg的激活能较高，而且空穴的迁移率远远小于电子，因此在LED中，空穴注入到MQW发光区是一致困扰的难题，现有的技术主要是控制MQW中垒层的厚度，以及提高P型区的掺杂浓度来改善。

[0003] 参看图1和图2，现有的电子阻挡层设计有较高的Al组份以及比较厚，形成较高的禁带宽度，阻挡电子溢出MQW并进入P型区，减少电子与空穴在P型区的复合。但是EBL的高势垒在阻挡电子时也阻挡了空穴注入MQW，导致器件工作电压升高，以及空穴注入效率低导致的辐射复合发光效率下降。实用新型内容

[0004] 本实用新型提供了一种氮化镓基发光二极管外延结构，通过设计在EBL上的微孔洞结构，在EBL的孔洞中填充禁带宽度较小的材料，实现电子阻挡与空穴注入效率的兼顾，从而实现器件工作电压下降以及发光效率提升。

[0005] 本实用新型的外延结构自下而上依次包括第一半导体层、具有V型缺陷的发光层和第二半导体层；在发光层与第二半导体层之间设置电子阻挡层；

[0006] 电子阻挡层具有水平部分以及与V型缺陷对应的V型部分，水平部分和V型部分表面和/或内部具有复数个孔洞结构。

[0007] 根据本实用新型，优选的，孔洞结构内填充了禁带度宽度比电子阻挡层材料小的氮化镓基半导体材料。

[0008] 根据本实用新型，优选的，孔洞结构内填充了UGaN、P-GaN或者Al组份低于EBL的AlGaN。

[0009] 根据本实用新型，优选的，孔洞结构内填充了AlxGaNyIn1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1）。

[0010] 根据本实用新型，优选的，孔洞尺寸为大于等于0.1h至小于等于0.25h 。

[0011] 根据本实用新型，优选的，电子阻挡层的厚度为大于等于30nm至小于等于50nm，或者大于50nm至小于等于200nm。

[0012] 根据本实用新型，优选的，电子阻挡层的材料为AlaGaNbIn1-a-bN（0≤a≤1，0≤b≤1，a+b≤1）。

[0013] 在上述氮化镓基发光二极管外延结构的基础上，本实用新型还提供了一种氮化镓基发光二极管，包括上述中任意一项所述的一种氮化镓基发光二极管外延结构。

[0014] 本实用新型至少具有以下有益效果：

[0015] 在维持电子阻挡层中非孔洞区域的电子阻挡效果，而在孔洞区域等势磊较低位置，改善空穴注入，平衡了电子阻挡和空穴注入效果。

[0016] 虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本实用新型，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本实用新型限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本实用新型的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。附图说明

[0017] 附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

[0018] 图1为现有技术的比较例1示意图；

[0019] 图2为电子显微镜下现有技术电子阻挡层的俯视示意图；

[0020] 图3为本实用新型的结构示意图；

[0021] 图4为电子显微镜下本实用新型电子阻挡层的俯视示意图；

[0022] 图中标示：100：第一半导体层，200：第二半导体层，300：发光层，310：阱层，320：垒层，400：V型缺陷，500：电子阻挡层，510：孔洞，600：衬底，A：水平部分，B：V型部分。

具体实施方式

[0023] 以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。

[0024] 应当理解，本实用新型所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，而不是旨在限制本实用新型。如本实用新型所使用的，单数形式“一”、“一种”和“所述”也旨在包括复数形式，除上下文清楚地表明之外。应进一步理解，当在本实用新型中使用术语“包含”、"包括"、“含有”时，用于表明陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或封装件的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、封装件、和/或它们的组合的存在或增加。

[0025] 除另有定义之外，本实用新型所使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。应进一步理解，本实用新型所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本实用新型中明确如此定义之外。

[0026] 实施例1

[0027] 参看图3和图4，本实用新型主要公开了一种氮化镓基发光二极管外延结构，外延结构自下而上依次包括第一半导体层100、第二半导体层200，和位于二者之间具有V型缺陷400的多量子阱发光层300，发光层300包括周期层叠的阱层310和垒层320；在发光层300与第二半导体层200之间设置用于阻挡电子从发光层300进入第二半导体层200的电子阻挡层
500，电子阻挡层500的材料为AlaGabIn1-a-bN（0≤a≤1，0≤b≤1，a+b≤1），本实施例的第一半导体层100主要指的是N型半导体外延层，第二半导体层200主要指的是P型半导体层。

[0028] 其中电子阻挡层500具有水平部分A以及与V型缺陷400对应的V型部分B，水平部分A和V型部分B表面具有离散分布的复数个孔洞510。电子阻挡层500的厚度为h，孔洞510尺寸为大于等于0.1h至小于等于h，在本实施例中，电子阻挡层500的厚度为大于等于30nm至小于等于50nm，或者大于50nm至小于等于200nm。作为优选的选项，孔洞510尺寸为大于等于0.1h至小于等于0.25h 。孔洞510结构内填充了禁带度宽度比EBL材料小的氮化镓基半导体材料，例如UGaN、P-GaN或者Al组份低于EBL的AlGaN，U-GaN、P-GaN 分别是指非故意掺杂的GaN 和掺Mg的GaN。在本实施例中，孔洞510结构内填充了AlxGayIn1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1）。该外延结构导入量产，相比在没有孔洞设计的现有技术产品实现了VF1的降低和亮度的提升，电压下降0.02V 0.05V，亮度提高了0.5% 1%，具有较高的产业化价值。
~ ~

[0029] 本实施例的外延结构生长在衬底600上，衬底600例如蓝宝石、硅、碳化硅或者金属基板，主要应用在制作发光二极管芯片中。

[0030] 需要说明的是，以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非用于限定本实用新型，本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对本实用新型做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应视权利要求书范围限定。

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