一种具有变Al组分电子阻挡层的发光二极管

一种具有变al组分电子阻挡层的发光二极管
技术领域
1.本发明涉及半导体光电子材料和器件的制造领域，特别涉及一种具有变al组分电子阻挡层的发光二极管led。


背景技术：

2.由于电子具有比空穴更小的有效质量和更高的迁移率，可以很容易地穿过led的多量子阱有源区进入p型区，造成电流泄漏而降低led的发光效率。为了有效阻挡电子的溢出，同时提高空穴的注入效率，科研工作者们往往在有源区与p型区之间插入电子阻挡层(ebl)结构以减少电子泄漏。但是对于如图4所示的传统ebl206，在获得电子阻挡效果增加的同时，空穴的注入效率也会随之下降，进而导致led中多量子阱有源区的电子空穴辐射复合效率和led的发光效率降低。因此，通过设计合适的ebl结构可以解决上述问题，大幅度地提高gan基led中的电子空穴辐射复合效率和led的发光效率。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明提供一种具有变al组分电子阻挡层(vac-ebl)结构的led，能够在增强对多量子阱有源区中电子的限制的同时，显著地提高空穴穿过vac-ebl注入多量子阱有源区的能力，从而进一步增加多量子阱有源区中的空穴浓度，极大地提高电子和空穴的辐射复合效率和led的发光效率。
4.技术方案：为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
5.本发明的一种具有变al组分电子阻挡层的发光二极管，包括由下至上依次包括衬底、aln缓冲层、algan缓冲层、n-algan层、多量子阱有源区、变al组分电子阻挡层、p-algan层和p-gan层；所述发光二极管还包括n型欧姆电极和p型欧姆电极，n型欧姆电极和多量子阱有源区均设置在n-algan层的上表面，p型欧姆电极设置在n-algan层的上表面。
6.可选的，所述变al组分电子阻挡层包括m个al组分逐级降低的高al组分p-al
x
ga
1-x
n亚层和m-1个低al组分的p-alyga
1-y
n亚层，其中m≥2；高al组分p-al
x
ga
1-x
n亚层和低al组分的p-alyga
1-y
n亚层交替设置。
7.m个al组分逐级降低的高al组分p-al
x
ga
1-x
n亚层中的al组份x，按照梯度z依次递减，即分别为x、x-z、x-2z、x-3z、
…
、x-(m-1)z，第m个高al组分p-al
x
ga
1-x
n亚层可表示为p-al
x-(m-1)z
ga
1-(x-(m-1)z)
n，其中1≤m≤m,0《z《0.5《x，而m-1个低al组分的p-alyga
1-y
n亚层中的al组分恒定为y，其中y《x-(m-1)z。
8.可选的，所述变al组分电子阻挡层的总厚度为5～50nm，其中各亚层的厚度均为0.1～5nm，各亚层中的空穴浓度为1
×
10
16
cm-3
～1
×
10
20
cm-3
。
9.可选的，所述多量子阱有源区包含交替生长的3-50对量子垒与量子阱，其中，量子垒为ingan或gan或algan基量子垒；且多量子阱有源区中第一层和最后一层均为量子垒，量子垒厚度为5～30nm，量子阱厚度为1～10nm。
10.可选的，所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化铝中的任意一种。
11.可选的，所述aln缓冲层是利用金属有机化合物化学气相沉积mocvd或分子束外延mbe方法在衬底上生长的，aln缓冲层的厚度为10～5000nm；所述algan缓冲层的厚度为200～5000nm。
12.可选的，所述n型algan层为n-al
0.6
ga
0.4
n，电子浓度为2
×
10
19
cm-3
或以上，厚度为200～5000nm；所述p型algan层为p-al
0.5
ga
0.5
n，空穴浓度范围为5
×
10cm
16
～3
×
10
19
cm-3
，厚度为50～500nm；所述p型gan欧姆接触层为p型重掺杂的p-gan，空穴浓度范围为1
×
10
18
～1
×
10
20
cm-3
，厚度为5～200nm。
13.可选的，所述n型电极为ti/au欧姆接触电极，p型电极为ni/au欧姆接触电极。
14.有益效果：
15.与传统的led中的单层ebl相比，本发明提供的具有变al组分电子阻挡层的led具有以下优点：
16.本发明所提供的vac-ebl结构能够增强对多量子阱有源区中电子的限制，减少电子溢出，进而降低p型区空穴与溢出电子的非辐射复合。同时，vac-ebl结构中各亚层之间由自发极化和压电极化效应产生的极化电场能够有效降低m-1个低al组分亚层中p型掺杂元素的活化能，较易获得高空穴浓度；而相对较薄的高al组分亚层使得空穴隧穿效应更易发生，可显著地提高空穴穿过vac-ebl注入多量子阱有源区的能力，从而进一步增加多量子阱有源区中的空穴浓度，极大地提高有源区电子空穴的辐射复合效率和led的发光效率。
附图说明
17.图1是本发明提供的变al组分电子阻挡层vac-ebl能带图。
18.图2是本发明提供的一种具有变al组分电子阻挡层的led结构示意图。
19.图3是本发明提供的变al组分电子阻挡层示意图；
20.图4是传统的led结构示意图。
具体实施方式
21.以下结合实施例和附图，对本发明进行进一步的详细说明：如图2所示，是本发明提供的一种具有变al组分电子阻挡层的led，由下至上依次包括衬底101、aln缓冲层102、algan缓冲层103、n-algan层104、多量子阱有源区105、变al组分电子阻挡层106、p-algan层107、p-gan层108，以及在n-algan层104上设置的n型欧姆电极109，在p-algan层107上设置的p型欧姆电极110。
22.如图3所示，所述变al组分电子阻挡层106包括5个(m＝5)al组分由下至上逐级降低的高al组分的p-al
x
ga
1-x
n亚层1061和4个低al组分的p-alyga
1-y
n亚层1060交替组合而成。
23.所述5个al组分逐级降低的高al组分p-al
x
ga
1-x
n亚层1061的al组份x按照梯度0.05依次递减，即分别为0.8、0.75、0.7、0.65、0.6。而4个低al组分的p-alyga
1-y
n亚层1060中的al组分y恒定为0.4。
24.所述变al组分电子阻挡层106的总厚度为18nm，其中5个al组分逐级降低的高al组分的p-al
x
ga
1-x
n亚层1061和4个低al组分的p-alyga
1-y
n亚层1060的厚度均为2nm，各亚层中的空穴浓度为1
×
10
18
cm-3
。如图1所示，是本发明提供的变al组分电子阻挡层vac-ebl能带图。
25.所述衬底101选用c面蓝宝石衬底，在其上外延生长一层2000nm厚的aln缓冲层102；所述al
0.75
ga
0.25
n缓冲层103的厚度为1500nm；所述n型algan层104为si掺杂n-al
0.6
ga
0.4
n层，电子浓度为6
×
10
18
cm-3
，厚度为2000nm。
26.所述多量子阱有源区105由五个al
0.35
ga
0.65
n量子阱和六个al
0.55
ga
0.45
n量子垒组成，量子阱厚度为2nm，量子垒厚度为5nm。
27.所述p型algan层107为mg掺杂的p-al
0.6
ga
0.4
n层，空穴浓度为3
×
10
18
cm-3
，厚度为50nm；所述p型gan欧姆接触层108为mg重掺杂p-gan层，空穴浓度为5
×
10
18
cm-3
，厚度为20nm。
28.所述n型电极109为ti/au欧姆接触电极，p型电极110为ni/au欧姆接触电极。
29.如图4所示，传统的led由下至上依次包括衬底101、aln缓冲层102、algan缓冲层103、n-algan层104、多量子阱有源区105、电子阻挡层111、p-algan层107、p-gan层108，以及在n-algan层104上设置的n型欧姆电极109，在p-algan层107上设置的p型欧姆电极110。
30.应当理解的是，以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不限于本发明的其它实施方式，凡属本发明的技术路线原则范围之内，所做的任何显而易见的修改、替换或改进，均应属于本发明的保护范围。