CN115132892A - 一种发光二极管外延结构及发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种发光二极管外延结构及发光二极管。该发光二极管外延结构在多量子阱发光层与第一空穴注入层之间设置有Mg调变层；所述Mg调变层中杂质掺杂的平均浓度为A，所述第一空穴注入层中杂质掺杂的平均浓度为B，所述电子阻挡层中杂质掺杂的平均浓度为C；B＞A＞C，该设定可以产生较佳的电子阻挡效果，从而提高发光二极管光效。

Description

一种发光二极管外延结构及发光二极管
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种发光二极管外延结构及发光二极管。
背景技术
发光二极管(简称LED)是一种发光器件，因具有节能、环保、尺寸小以及显色性与响应速度好等优点，被广泛应用于照明、显示器和医疗器件等领域。
现有技术中的发光二极管结构包括：衬底，以及依次设置于衬底上的N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层。其中，P型半导体层通常掺杂P型杂质，P型杂质的浓度设定可以影响对电子阻挡的作用。
但是，目前并没有对掺杂杂质浓度进行限定。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种发光二极管外延结构，在该外延结构中，通过在多量子阱发光层与P型半导体层的第一空穴注入层之间设置一层Mg调变层，并限定杂质的掺杂浓度，可以产生较佳的电子阻挡效果。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明所提供的一种发光二极管外延结构，包括一衬底，依次设置在所述衬底上表面的N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层，其中，所述P型半导体层包括第一空穴注入层、电子阻挡层和第二空穴注入层，所述P型半导体层内掺杂有P型杂质Mg，所述P型杂质Mg在所述P型半导体层的不同子层中具有不同的掺杂浓度或浓度变化；
所述多量子阱发光层与所述第一空穴注入层之间设置有Mg调变层；
所述Mg调变层中杂质掺杂的平均浓度为A，所述第一空穴注入层中杂质掺杂的平均浓度为B，所述电子阻挡层中杂质掺杂的平均浓度为C；
B＞A＞C。
优选地，定义从所述第二空穴注入层到所述衬底的方向为第一方向；
所述第一方向上，所述Mg调变层中Mg的掺杂浓度的最大值和最小值之间的差值与所述第一空穴注入层中Mg的掺杂浓度的最大值和最小值之间的差值不同。
优选地，沿所述第一方向上，所述Mg调变层中，Mg的掺杂浓度先增加后减小，并存在一第一峰值；
所述第一方向上，所述第一空穴注入层中，Mg的掺杂浓度先增加后减小，并存在一第二峰值。
更优选地，所述第一峰值小于所述第二峰值。
优选地，所述第一方向上，所述Mg调变层中，Mg的掺杂浓度在一定厚度范围内保持不变或波动极小，并存在一平台值；
所述第一方向上，所述第一空穴注入层中，杂质的掺杂浓度先增加后减小，并存在一第二峰值。
更优选地，所述平台值小于所述第二峰值。
优选地，所述第二峰值＞1×1020atom/cm3；
和/或；A＞1×1019atom/cm3；
和/或；C＞5×1018atom/cm3。
优选地，所述多量子阱发光层包括元素In；
所述第一方向上，In的浓度具有波动的特点，In的浓度值的波动包括若干波峰和若干波谷。
优选地，距离所述P型半导体最近的所述波峰与所述第二峰值的直线距离为d；
d≥15nm；更优选地，20nm≤d≤50nm。
优选地，所述P型半导体层包括元素In，所述P型半导体层中，元素In的浓度包括至少两个浓度峰值。
优选地，所述P型半导体层中，所述元素In的浓度峰值与所述第二峰值的位置重合。
优选地，所述P型半导体层为掺杂杂质的AlInGaN结构；
所述Mg调变层中，Al的浓度为D；
所述第一空穴注入层中，Al的浓度为E；
所述电子阻挡层中，Al的浓度为F；
所述第二空穴注入层中，Al的浓度为G；
F＞D＞E＞G。
优选地，D＞1×1020atom/cm3；
优选地，E＞1×1020atom/cm3；
优选地，F＞2×1020atom/cm3。
优选地，在所述Mg调变层中，D先增大再减小，并存在一第三峰值。
一种发光二极管，包括所述的发光二极管外延结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明所提供的一种发光二极管外延结构，在该外延结构中，在由所述多量子阱发光层过渡到第一空穴注入层之间包括一Mg调变层，Mg调变层的Mg的浓度在多量子阱发光层和第一空穴注入层之间，起到较好的电子阻挡作用。
(2)本发明所提供的一种发光二极管外延结构，在Mg调变层中对应了一个Al的峰值，Al具有最大值可以产生更好的电子阻挡效果。
(3)本发明所提供的一种发光二极管，该发光二极管具有较好的电子阻挡效果及较好的空穴注入效果，因而具有较佳的光效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的发光二极管外延结构示意图。
图2为本发明实施例提供的发光二极管外延结构SIMS检测结果图。
图3为本发明另一实施例提供的发光二极管外延结构SIMS检测结果图。
附图标记：
110-衬底；
120-缓冲层；
130-N型半导体层；
140-多量子阱发光层；
150-P型半导体层；
151-Mg调变层；
152-第一空穴注入层；
153-电子阻挡层；
154-第二空穴注入层。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明所提供的一种发光二极管外延结构，图1所示，包括一衬底110，依次设置在所述衬底110上表面的N型半导体层130、多量子阱发光层140、P型半导体层150，其中，所述P型半导体层150包括第一空穴注入层152、电子阻挡层153和第二空穴注入层154，所述P型半导体层150内掺杂有P型杂质Mg，所述P型杂质Mg在所述P型半导体层150的不同子层中具有不同的掺杂浓度或浓度变化；
所述多量子阱发光层140与所述第一空穴注入层152之间设置有Mg调变层151；
所述Mg调变层151中杂质掺杂的平均浓度为A，所述第一空穴注入层152中杂质掺杂的平均浓度为B，所述电子阻挡层153中杂质掺杂的平均浓度为C；
B＞A＞C。
本发明所提供的发光二极管外延结构，在该外延结构中，在由所述多量子阱发光层140过渡到第一空穴注入层152之间包括一Mg调变层151，Mg调变层151的Mg的浓度在多量子阱发光层140和第一空穴注入层152之间，起到较好的电子阻挡作用。
一优选的实施方式中，定义从所述第二空穴注入层154到所述衬底110的方向为第一方向；
所述第一方向上，所述Mg调变层151中Mg的掺杂浓度的变化幅度与所述第一空穴注入层152中Mg的掺杂浓度的变化幅度不同，即所述Mg调变层151中Mg的掺杂浓度的最大值和最小值之间的差值与所述第一空穴注入层152中Mg的掺杂浓度的最大值和最小值之间的差值不同。
图2为本发明实施例提供的发光二极管外延结构SIMS检测结果图。一优选的实施方式中，如图2所示，沿所述第一方向上，所述Mg调变层151中，Mg的掺杂浓度先增加后减小，并存在一第一峰值；
所述第一方向上，所述第一空穴注入层152中，Mg的掺杂浓度先增加后减小，并存在一第二峰值。
一优选的实施方式中，所述第一峰值小于所述第二峰值。
图3为本发明另一实施例提供的发光二极管外延结构SIMS检测结果图。一优选的实施方式中，图3所示，所述第一方向上，所述Mg调变层151中，Mg的掺杂浓度在一定厚度范围内保持不变或波动极小，并存在一平台值；其中，一定厚度范围是指不超过Mg调变层151厚度的一定的厚度区间内；
所述第一方向上，所述第一空穴注入层152中，杂质的掺杂浓度先增加后减小，并存在一第二峰值。
一优选的实施方式中，所述平台值小于所述第二峰值。
一优选的实施方式中，所述第二峰值＞1×1020atom/cm3；
和/或；A＞1×1019atom/cm3；
和/或；C＞5×1018atom/cm3。
一优选的实施方式中，所述多量子阱发光层140包括元素In；
所述第一方向上，In的浓度具有波动的特点，如图2所示，In的浓度值的波动包括若干波峰和若干波谷。
一优选的实施方式中，距离所述P型半导体最近的所述波峰与所述第二峰值的直线距离为d；
d≥15nm；更优选地，20nm≤d≤50nm。
一优选的实施方式中，所述P型半导体层150包括元素In，所述P型半导体层150中，元素In的浓度包括至少两个浓度峰值。
一优选的实施方式中，所述P型半导体层150中，所述元素In的浓度峰值与所述第二峰值的位置重合。
Mg/In的浓度比影响空穴注入的效果，可实现更佳的光效。
一优选的实施方式中，所述P型半导体层150为掺杂杂质的AlInGaN结构；
所述Mg调变层151中，Al的浓度为D；
所述第一空穴注入层152中，Al的浓度为E；
所述电子阻挡层153中，Al的浓度为F；
所述第二空穴注入层154中，Al的浓度为G；
F＞D＞E＞G。
一优选的实施方式中，D＞1×1020atom/cm3；
一优选的实施方式中，E＞1×1020atom/cm3；
一优选的实施方式中，F＞2×1020atom/cm3。
一优选的实施方式中，在所述Mg调变层151中，D先增大再减小，并存在一第三峰值。在Mg调变层151中对应了一个Al的峰值，Al具有最大值可以产生更好的电子阻挡效果。
另外，Al的浓度对于限制载流子溢流有较好的效果，与Mg/In的浓度协同，得到二极管更好的光效。
本发明所提供的一种发光二极管，包括所述的发光二极管外延结构。
该发光二极管具有较好的电子阻挡效果及较好的空穴注入效果，因而具有较佳的光效。
本发明一实施例提供一种所述发光二极管外延结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供一衬底110，例如蓝宝石衬底110，并在高温下对蓝宝石衬底110进行吹扫；
(2)在蓝宝石彻底上生长缓冲层120；
(3)在缓冲层120上生长未掺杂的GaN层；
(4)在未掺杂GaN层上生长n型掺杂GaN层；
(5)在n型掺杂GaN层上生长多量子阱发光层140；
(6)在多量子阱发光层140上依次生长Mg调变层151、第一空穴注入层152、电子阻挡层153、第二空穴注入层154。
上述制备方法只是具体涉及了一些基本结构，在本申请的结构再添加其他常规层结构也在本申请的保护范围内。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

Claims (12)

1.一种发光二极管外延结构，包括一衬底，依次设置在所述衬底上表面的N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层，其中，所述P型半导体层包括第一空穴注入层、电子阻挡层和第二空穴注入层，其特征在于，所述P型半导体层内掺杂有P型杂质Mg，所述P型杂质Mg在所述P型半导体层的不同子层中具有不同的掺杂浓度或浓度变化；
所述多量子阱发光层与所述第一空穴注入层之间设置有Mg调变层；
所述Mg调变层中杂质掺杂的平均浓度为A，所述第一空穴注入层中杂质掺杂的平均浓度为B，所述电子阻挡层中杂质掺杂的平均浓度为C；
B＞A＞C。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延结构，其特征在于，定义从所述第二空穴注入层到所述衬底的方向为第一方向；
所述第一方向上，所述Mg调变层中Mg的掺杂浓度的最大值和最小值之间的差值与所述第一空穴注入层中Mg的掺杂浓度的最大值和最小值之间的差值不同。
3.根据权利要求2所述的发光二极管外延结构，其特征在于，沿所述第一方向上，所述Mg调变层中，Mg的掺杂浓度先增加后减小，并存在一第一峰值；
所述第一方向上，所述第一空穴注入层中，Mg的掺杂浓度先增加后减小，并存在一第二峰值；
优选地，所述第一峰值小于所述第二峰值。
4.根据权利要求2所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述第一方向上，所述Mg调变层中，Mg的掺杂浓度在一定厚度范围内保持不变或波动极小，并存在一平台值；
所述第一方向上，所述第一空穴注入层中，杂质的掺杂浓度先增加后减小，并存在一第二峰值；
优选地，所述平台值小于所述第二峰值。
5.根据权利要求3或4所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述第二峰值＞1×1020atom/cm3；
和/或；A＞1×1019atom/cm3；
和/或；C＞5×1018atom/cm3。
6.根据权利要求3或4所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述多量子阱发光层包括元素In，
所述第一方向上，In的浓度具有波动的特点，In的浓度值的波动包括若干波峰和若干波谷。
7.根据权利要求6所述的发光二极管外延结构，其特征在于，距离所述P型半导体最近的所述波峰与所述第二峰值的直线距离为d；
d≥15nm；
优选地，20nm≤d≤50nm。
8.根据权利要求3或4所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述P型半导体层包括元素In，所述P型半导体层中，元素In的浓度包括至少两个浓度峰值。
9.根据权利要求8所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述P型半导体层中，所述元素In的浓度峰值与所述第二峰值的位置重合。
10.根据权利要求1～4任一项所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述P型半导体层为掺杂杂质的AlInGaN结构；
所述Mg调变层中，Al的浓度为D；
所述第一空穴注入层中，Al的浓度为E；
所述电子阻挡层中，Al的浓度为F；
所述第二空穴注入层中，Al的浓度为G；
F＞D＞E＞G；
优选地，D＞1×1020atom/cm3；
优选地，E＞1×1020atom/cm3；
优选地，F＞2×1020atom/cm3。
11.根据权利要求10所述的发光二极管外延结构，其特征在于，在所述Mg调变层中，D先增大再减小，并存在一第三峰值。
12.一种发光二极管，其特征在于，包括如权利要求1～11任一项所述的发光二极管外延结构。
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