CN208336254U

CN208336254U - 一种外延结构及发光二极管

Info

Publication number: CN208336254U
Application number: CN201821081704.6U
Authority: CN
Inventors: 宋长伟; 程志青; 黄文宾; 寻飞林; 林兓兓; 蔡吉明
Original assignee: Anhui Sanan Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Anhui Sanan Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2028-07-10

Abstract

本实用新型属于半导体领域，涉及一种外延结构及发光二极管，至少包括：第一导电型半导体层第二导电型半导体层；发光层，置于第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间；其特征在于：所述发光层和第二导电型半导体层之间设置有第一电子阻挡层，所述第一电子阻挡层为含有Al组分的Si_XN_（1‑X）层，其中0<X<1。第一电子阻挡层可以有效阻挡至少从第一导电型半导体层、发光层延伸而来的因晶格失配产生的位错，并且可以阻挡电子溢流，提高外延结构的空穴注入效率，从而提高其内量子效率。

Description

一种外延结构及发光二极管

技术领域

本实用新型属于半导体领域，尤其涉及一种具有电子阻挡层的外延结构及包括其的发光二极管。

背景技术

目前LED外延生长过程中，常采用掺杂镁的p型AlGaN层作为电子阻挡层(EBL)，避免电子直接迁移到p层从而影响电子和空穴的有效复合效率，通过生长p型AlGaN层，能够阻挡电子进入p层，可提升发光效率。

但是，这种EBL易产生贯穿整个外延结构的穿透位错，从而造成发光二极管的ESD及IR较差，另外目前采用该种EBL结构的LED在大电流下由于存在电子溢流效应，容易产生发光效率变差的现象。

发明内容

本实用新型提供一种可以阻挡穿透位错以及电子溢流的外延结构及发光二极管。

在其中一个实施方案中，一种外延结构，至少包括：第一导电型半导体层第二导电型半导体层；发光层，置于第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间；其特征在于：所述发光层和第二导电型半导体层之间设置有第一电子阻挡层，所述第一电子阻挡层为含有Al组分的Si_XN_（1-X）层，其中0<X<1。

其中，所述第一电子阻挡层中Al组分的含量低于Si的含量。

所述第一电子阻挡层为具有孔隙的结构，所述孔隙远离所述发光层一侧具有开口。

所述第一电子阻挡层的厚度范围为1~50埃。

所述第一电子阻挡层中Al组分为1~40%。

所述第二导电型半导体层通过开口填充孔隙，并覆盖第一电子阻挡层。

在另一个实施方案中，一种发光二极管，包括上述的外延结构。

在另一个实施方案中，所述第一阻挡层和第二导电型半导体层之间设置有第二电子阻挡层。

其中，所述第二电子阻挡层通过开口填充第一电子阻挡层的孔隙并覆盖第一电子阻挡层。

所述第二电子阻挡层远离第一电子阻挡层一侧的表面为平坦状，第二导电型半导体层平铺于第二电子阻挡层表面。

所述第二电子阻挡层的厚度为10~400埃。

所述发光二极管为水平结构、倒装结构或者垂直结构。

本实用新型的外延结构中，第一电子阻挡层可以有效阻挡至少从第一导电型半导体层、发光层延伸而来的因晶格失配产生的位错，并且可以阻挡电子溢流，提高外延结构的空穴注入效率，从而提高其内量子效率。

附图说明

图1是根据一个实施方案的外延结构的截面图；

图2是图1虚线圆圈中第一电子阻挡层的放大结构示意图；

图3是根据另一个实施方案的发光二极管的截面图；

图4是根据另一个实施方案的发光二极管的截面图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来描述实施方案。

在实施方案的描述中，应当理解，当称层（或者膜）位于另外的层或者基板“上”时，其可以直接位于另外的层或者基板上，或者也可以有中间层。此外，应当理解，当层被称为位于另外的层“下”时，其可以直接位于另外的层下面，也可以有一个或更多个中间层。另外，还应当理解，当称层位于两个层“之间”时，其可以是两个层之间的唯一的层，或者也可以有一个或更多个中间层。

在附图中，为了便于说明以及清晰起见，每一层的厚度或尺寸被夸大、省略或示意性示出。另外，每一个构成元件的尺寸或面积并不完全反映其实际尺寸。

图1是根据其中一个实施方案的外延结构的截面图。

一种外延结构，至少包括：第一导电型半导体层100、第二导电型半导体层300，以及置于第一导电型半导体层100和第二导电型半导体层300之间的发光层200。

外延结构可以为使用多种化合物的半导体层，例如III-V族或II-VI族元素的半导体层。该外延结构形成的发光二极管可以是发射蓝光、绿光或红光的多色LED、白色LED或UVLED。从LED发出的光可以根据不同的半导体材料来呈现，此处不作特别限制。

外延结构可以使用例如金属有机化学气相沉积（MOCVD）、化学气相沉积（CVD）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、分子束外延（MBE）、或氢化物气相外延（HVPE）来形成，但形成方法不限于此。

第一导电型半导体层100可以由半导体化合物（例如III-V族或II-VI 族化合物半导体）形成。另外，第一导电型掺杂剂可以掺杂于其中。当第一导电型半导体层100是n型半导体层时，第一导电类型掺杂剂可以是包括Si、Ge、Sn、Se或Te等的n型掺杂剂，但本公开文本不限于此。

第一导电型半导体层100可以包括由分子式AlxInyGa1-x-y）N（0≤x≤1， 0≤y≤1，以及0≤x+y≤1）表示的半导体材料。例如，第一导电型半导体层100 可以由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、 AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP以及InP中的至少一种形成。

第二导电型半导体层300可以由掺杂有第二导电类型掺杂剂的半导体化合物（例如，III-V族或II-VI族化合物半导体）形成。第二导电型半导体层300可以包括由分子式InxAlyGa1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，以及0≤x+y ≤1）表示的半导体材料。当第二导电型半导体层300是p型半导体层时，第二导电类型掺杂剂可以是包括Mg、Zn、Ca、Sr或Ba等的p型掺杂剂，但本公开文本不限于此。

根据本实施例，第一导电型半导体层100可以是n型半导体层，且第二导电型半导体层300可以是p型半导体层。第一导电型半导体层100也可以是p型半导体层，此时第二导电型半导体层300则为n型半导体层。另外，与第二导电类型极性相反的半导体可以被进一步设置在第二导电型半导体层300上。例如，当第二导电型半导体层是p型半导体层时，n型半导体层（未示出）可以被设置在第二导电型半导体层300上。因此，外延结构可以具有n-p结结构、p-n结结构、n-p-n结结构或p-n-p结结构。

发光层200中电子与空穴复合发光，当第一导电型半导体层100是n 型半导体层且第二导电型半导体层300是p型半导体层时，电子从第一导电型半导体层100注入，且空穴从第二导电型半导体层300注入。

发光层200可以具有单量子阱结构、多量子阱结构、量子线结构以及量子点结构的至少一个。例如，发光层200可以通过注入三甲基镓气体（TMGa）、氨气（NH3）、氮气（N2）以及三甲基铟气体（TMIn）而形成多量子阱结构，但本公开文本不限于此。

当发光层200具有量子阱结构时，发光层200的阱层/势垒层可以具有由 InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs（InGaAs）/AlGaAs以及GaP（InGaP）/AlGaP的至少一个形成的分层成对结构（layered pairstructure），但本公开文本不限于此。阱层可以由带隙比势垒层小的材料形成。

第一电子阻挡层400被设置在发光层200和第二导电型半导体层300之间，其为含有Al组分的Si_XN_（1-X）层，其中0<X<1，本实施例以含Al组分的SiN来示例说明其效果。其中第一电子阻挡层中Al组分的含量低于Si的含量，第一电子阻挡层400中Al组分为1~40%，更优选Al组分为20%。第一电子阻挡层的厚度范围为1~50埃，优选为30埃。

由于从第一导电型半导体层100注入的电子具有高迁移率，因而第一电子阻挡层400可以防止无法在发光层200中与空穴复合的电子越过发光层200迁移至第二导电型半导体层300，从而防止电子溢流。第一电子阻挡层400还可以阻挡在外延结构生长过程中由第一导电型半导体层100和/或发光层200延伸而来的穿透位错D（如图1示意所示）。

而与不含铝的SiN第一电子阻挡层相比，本实施方案中由含Al组分的SiN材料形成的第一电子阻挡层400，因为含有Al组分，可以使第一电子阻挡层400与发光层200和第二导电型半导体层300在生长时晶格更匹配，提高半导体层的生长质量。

图2示出了图1中虚线圆圈中第一电子阻挡层的放大结构示意图。

参看图2，进一步地，第一电子阻挡层400为具有孔隙410的结构，并且孔隙410远离发光层200一侧具有开口411，即孔隙410为非封闭结构。此时，第二导电型半导体层300通过开口411填充孔隙410，并覆盖第一电子阻挡层400。

孔隙410为任意规则或者不规则形状和尺寸的结构，其深度也是任意深度。孔隙410可以较深，例如暴露出部分发光层200；或者较浅，发光层200表面依然被第一电子阻挡层400覆盖。本实用新型并对此作特别限制。

由于第一电子阻挡层400的禁带宽度高于发光层200，即其能障较高，这可以进一步阻挡电子溢流，提升外延结构在大电流下的发光效率。

图2是根据另一个实施方案形成的发光二极管的截面图。在此，虽然作为示例示出了水平结构的发光二极管，但是本公开内容不限于此，例如倒装结构、垂直结构的发光二极管都可以包含上述的外延结构。

发光二极管，包括第一导电型半导体层100、发光层200以及第二导电型半导体层300的外延结构可以被布置在基板500上。

基板500可以使用与其上生长的半导体材料晶格更为接近的材料或者具有优良热传性的材料形成。基板500可以由从蓝宝石（Al₂O₃）、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、 GaP、InP、Ge以及Ga₂0₃中的一种或者多种组合形成。在使用基板500时，还可以在基板500上进行湿法清洁处理，从而从基板110的表面去除杂质，使后续生长的半导体材料质量更好。另外，基板500可以进行图案化处理，以提高其外量子出光效率。

缓冲层600可以设置于外延结构与基板500之间。缓冲层600用于进一步减小外延结构的材料与基板500的材料之间的晶格失配和热膨胀系数的差异。缓冲层600可以由III-V族化合物半导体形成，例如是从GaN、InN、 AlN、InGaN、InAlGaN以及AlInN中选择一种或者多种形成。

非掺杂半导体层（未示出）可以设置在缓冲层600和第一导电型半导体层100之间。形成非掺杂半导体层的目的是增强第一导电型半导体层100的结晶质量。除了非掺杂半导体层由于未掺杂n型掺杂剂而具有比第一导电型半导体层100更低的导电性之外，非掺杂半导体层可以与第一导电型半导体层100相同。

第一导电型半导体层100包括通过选择性地蚀刻第二导电型半导体层300和发光层200的每一个的至少一部分而形成的曝露台阶面S。第一电极710设置于曝露台阶面S上，且第二电极720设置在第二导电型半导体层300的非蚀刻部分上。

第一电极710和第二电极720可以具有包括从钼（Mo）、铬（Cr）、镍（Ni）、金（Au）、铝（Al）、钛（Ti）、铂（Pt）、钒（V）、钨（W）、铅（Pb）、铜（Cu）、铑（Rh）以及铱（Ir）中的一种或者多种形成的单层或者复合层结构。

在形成第二电极720之前，电流扩展层800可以设置在第二导电型半导体层300上。

电流扩展层800用于提高扩展从第二电极720注入的电流，并提高与第二电极720的电接触。电流扩展层800可以形成为膜，也可以具有多个图案。

对于电流扩展800，最好选用透光导电层或金属。例如，电流扩展层800可以由从氧化铟锡（ITO）、氧化铟锌（IZO）、铟锌锡氧化物（IZTO）、铟铝锌氧化物（IAZO）、铟镓锌氧化物（IGZO）、铟镓锡氧化物（IGTO）、氧化铝锌（AZO）、氧化锑锡（ATO）、氧化镓锌（GZO）、IZO氮化物（IZON）、Al-GaZnO（AGZO）、In-GaZnO（IGZO）、ZnO、 IrOx、RuOx、NiO、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、Ni/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、 Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Sn、In、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、石墨烯以及Hf构成的组里选择的至少一种或者多种形成，但本公开文本不限于此。

在形成电流扩展层800之前，欧姆接触层900可以被布置在第二导电型半导体层300上。欧姆接触层900增强电流扩展层800和第二导电型半导体层300接触紧密性，并减小接触电阻。

图3示出了根据另一个实施方案的发光二极管的截面图。图3的构造中等同于上述构造的部分将不再给出说明。即，将仅结合与上述不同的构造给出以下说明。

该发光二极管包括：第一导电型半导体层100；第二导电型半导体层300；以及发光层200，置于第一导电型半导体层100与第二导电型半导体层300之间。

进一步地，发光层200和第二导电型半导体层300之间设置有第一电子阻挡层400，其为含有Al组分的Si_XN_（1-X）层，其中0<X<1，本实施方案中以含有Al组分的SiN层示例说明。

第一电子阻挡层400和第二导电型半导体层200之间还设置有第二电子阻挡层400’。其中，第二电子阻挡层400’通过第一电子阻挡层400的孔隙410的开口411填充第一电子阻挡层400的孔隙410并覆盖第一电子阻挡层400。而第二电子阻挡层400’远离第一电子阻挡层400一侧的表面为平坦状，第二导电型半导体层200则平铺于第二电子阻挡层400’表面。

第二电子阻挡层的厚度为10~400埃，优选为200埃。第二电子阻挡层400’可以由具有组成式AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x+y≤1)的材料形成。

第二电子阻挡层400’先在第一电子阻挡层400的孔隙410中纵向生长，以填充孔隙410，然后再横向生长，直至第二电子阻挡层400’远离第一电子阻挡层400一侧的表面生长形成平坦状，如此则可以将原先从底层延伸上来的穿透位错阻隔。

从以上说明可以明显看出，可以通过使用第一电子阻挡层400和第二电子阻挡层400’阻挡电子溢出和穿透位错来提高发光二极管的内部量子效率。

虽然已参照多个示意性实施例描述了实施例，然而应当理解，本领域技术人员能够设计出多个落入本公开文本的原理的精神和范围的其它变型和实施例。更具体地，在公开内容、附图以及附加的权利要求的范围内，在零部件和/或隶属的组合排列的排列方式中可以有各种变化和变型。除了零部件和/或排列的变化和变型之外，多种用途对本领域技术人员来说也是显而易见的。

Claims

1.一种外延结构，至少包括：

第一导电型半导体层；

第二导电型半导体层；

发光层，置于第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间；

其特征在于：所述发光层和第二导电型半导体层之间设置有第一电子阻挡层，所述第一电子阻挡层为含有Al组分的Si_XN_（1-X）层，其中0<X<1。

2.根据权利要求1所述的一种外延结构，其特征在于：所述第一电子阻挡层中Al组分的含量低于Si的含量。

3.根据权利要求1所述的一种外延结构，其特征在于：所述第一电子阻挡层为具有孔隙的结构，所述孔隙远离所述发光层一侧具有开口。

4.根据权利要求1所述的一种外延结构，其特征在于：所述第一电子阻挡层的厚度范围为1~50埃。

5.根据权利要求1所述的一种外延结构，其特征在于：所述第一电子阻挡层中Al组分为1~40%。

6.根据权利要求3所述的一种外延结构，其特征在于：所述第二导电型半导体层通过开口填充孔隙，并覆盖第一电子阻挡层。

7.根据权利要求1~5任意一项所述的一种外延结构，其特征在于：所述第一电子阻挡层和第二导电型半导体层之间设置有第二电子阻挡层。

8.根据权利要求7所述的一种外延结构，其特征在于：所述第二电子阻挡层通过开口填充第一电子阻挡层的孔隙并覆盖第一电子阻挡层。

9.根据权利要求8所述的一种外延结构，其特征在于：所述第二电子阻挡层远离第一电子阻挡层一侧的表面为平坦状，第二导电型半导体层平铺于第二电子阻挡层表面。

10.根据权利要求9所述的一种外延结构，其特征在于：所述第二电子阻挡层的厚度为10~400埃。

11.一种发光二极管，其特征在于：至少包括权利要求1~6、8~10任意一项所述的外延结构。

12.根据权利要求11所述的一种发光二极管，其特征在于：所述发光二极管为水平结构、倒装结构或者垂直结构。