一種光電器件的電子阻擋層結構的制作方法
【技術領域】：
[0001] 本發明屬于光電器件設計技術領域，涉及一種光電器件外延結構中電子阻擋層的 結構設計。
【背景技術】：
[0002] 現有技術在量子講結構和P型GaN之間插入一層AlGaN的結構作為電子阻擋層 (Electron-BlockingLayer:縮寫為EBL)來阻擋電子進入P層進而降低器件漏電并提升器 件效率。對于AlGaN電阻阻擋層，大家做了較多的研宄。如中國專利申請201110150996. 0 《一種采用鋁組分漸變電子阻擋層的LED結構》提到一種采用鋁組分漸變電子阻擋層的LED 結構，其中與多量子阱層的外層GaN皇接觸一側為低A1組分AlxGai_xN，0彡x彡0. 1，與 p-GaN層接觸一側為高A1組分AlyGa^N，0. 1 <y彡0. 4,中間部分A1組分的量呈遞增線性 變化，與GaN皇接觸一側的低A1組分有效地減小了其與GaN皇界面間極化電荷的密度，極 化場被減弱，從而使得界面二維電子氣濃度大幅降低，減小了漏電流，總體上提高器件的內 量子效率并解決了量子效率衰減問題。
[0003] 對超晶格電子阻擋層的研宄在不斷的深入，如中國專利申請201210122392.X《漸 變電子阻擋層的紫外光氮化鎵半導體發光二極管》則提出了通過能帶工程設計與優化，在 外延結構中引入六種不同方式變化的AlGaN類超晶格鋁鎵氮電子阻擋層來實現鋁組分的 變化，從而調節電子阻擋層中的極化效應，實現高的空穴注入。繼續對于超晶格AlGaN的研 宄也較多，如中國專利申請201110097338.X《一種利用多量子阱電子阻擋層增加發光效率 的AlGaN基深紫外LED器件及制作方法》該方法采用多周期的AlGaN量子阱結構作為阻擋 電子從有源區逃逸到p-AlGaN勢皇屋的電子阻擋層。進一步對于超晶格結構研宄，如中國 專利申請201310572013. 1《阻擋電子泄漏和缺陷延伸的外延生長方法及其結構》提出了生 長厚度為8-25nm的A1組分逐層降低的UAlGaN/UGaN結構作為電子阻擋層，每一雙層結構 的UAlGaN層相比上一雙層結構的UAlGaN層中的A1組分含量減少15 % -50 %來改變傳統 P-spacer能帶的單一能階高度分布，減弱了其對空穴注入時的阻擋作用，提高MQW的發光 效率。
[0004] 也有研宄針對量子阱結構和P型GaN之間不同部分穿插入不同結構的電子阻擋層 來實現更好的電子阻擋和效率提升的效果，如中國專利申請201410407703. 6《Mg摻雜電子 阻擋層的外延片，生長方法及LED結構》中提到在GaN皇層上生長AlGaN/GaN電子阻擋層， 之后生長低溫P型GaN層，再后再生長摻雜Mg的高濃度的AlGaN/InGaN電子阻擋層，最后 繼續生長一層高溫P型GaN層和P型接觸層，起到了較好的電子阻擋和效率提升的效果。
[0005] 但以上方案均采用的AlGaN結構材料單層漸變、多層超晶格或者是AlGaN與InGaN 的超晶格結構來實現電子阻擋的效果，由于目前普遍藍綠光量子阱均為InGaN/GaN結構， 以上的AlGaN或者AlGaN/InGaN結構均是從提高材料勢皇高度的角度來單純地解決電子泄 漏進入P層的問題，而無法從材料晶格失配的角度來解決壓電極化效應導致的極化電場效 應。
[0006] 在意識到這個問題之后，有中國專利申請201410356966. 9《一種改善GaN基LED 效率下降的外延結構》提出了在多量子阱層最后一個勢皇和P型電子阻擋層之間插入一層 P型InGaN插入層，該P型InGaN插入層的In組分從靠近多量子阱層到電子阻擋層由小到 大漸變的設計理念。也有如中國專利申請201310318301. 4《一種具有電子阻擋層結構的發 光二極管》提出利用四元氮化物InxAlyGai_x_ yN的禁帶寬度和晶格常數可以獨立調節的特性， 通過調節p-Ir^AlyGamN中的In和A1組分來達到與InGaN/GaN多量子阱中的GaN以及p 型GaN的晶格匹配，獲得較高的能帶間隙值以及能帶偏移率。
[0007] 但單一的InAlGaN材料通過In和A1組分的調整不可能達到晶格結構和禁帶寬度 與量子阱和P層間的結構完全匹配，即使在晶格上匹配則能帶勢必產生彎曲而導致空穴注 入效率下降和電子泄露幾率增加。

【發明內容】
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[0008] 基于目前的現狀，本發明提出了一種光電器件的電子阻擋層結構，盡可能通過晶 格結構和禁帶寬度的調整來達到與量子阱和P層間的結構匹配；同時減少極化電場的形 成，盡可能減弱電子阻擋層內的負電荷區域形成，進而提升效率；并減弱電子阻擋層的能帶 彎曲導致的電子泄露和P層空穴勢能的增加。
[0009] 本發明的技術方案如下：
[0010] 該光電器件的電子阻擋層結構，采用AlInGaN或者AlInGaN/InGaN超晶格結構生 長，其中In組分< 10%，A1組分< 40% ;在電子阻擋層中存在In和A1組分的漸變分布， In與A1組分的漸變規律相互獨立（當然，In與A1組分的基礎百分比也是相互獨立的）；其 中對于AlInGaN/InGaN超晶格結構的電子阻擋層，In組分的漸變發生在超晶格的AlInGaN 或者InGaN中，或者這兩處都存在漸變。
[0011] 對于AlInGaN/InGaN超晶格結構的電子阻擋層，超晶格的對數可以為1-300對。
[0012] 這里所說的存在In和A1組分的漸變分布，意味著電子阻擋層可以整體均為漸變 結構，也可以僅在部分生長階段（即電子阻擋層的一個或多個分層）有漸變分布，只要"存 在"漸變即可。在工藝上，可通過改變In源流量、A1源流量、生長溫度和生長壓力等參數來 實現In含量、A1含量的漸變。
[0013] 上述漸變分布的具體形式可以是線性遞增或遞減、階梯形、凹形、凸形、拋物線形 中的一種或者分階段任意多種組合。
[0014] 進一步的，還可以在電子阻擋層中，還摻入Mg形成P型摻雜，在層內Mg組分為單 一比例或者存在漸變分布。這里的Mg漸變分布的具體形式也可以為線性遞增或遞減、階梯 形形、凹形、凸形、拋物線形中的一種或者分階段任意多種組合；Mg漸變分布的規律與前述 In和A1組分的漸變規律也相互獨立。
[0015] 本發明與現有技術相比，具有以下技術效果：
[0016] 在目前的電子阻擋層的設計中，雖然已有很多關于材料結構的設計，甚至也有漸 變的概念不斷提出，但是最多要么僅停留在三元的材料結構或者是提到了組分固定的四元 結構。首先四元系的材料結構進行組分設計會變得更加的復雜和多變，對于組分的控制和 搭配難度也會遠遠高于三元的材料組分設計，因而目前對四元系材料的研宄相對比較單 一，目前即使為單一組分的四元材料組分設計已經比較困難，對四元系控制不準甚至結果 會差于三元系材料。但是四元系組合中，不同的元素所起到的作用各不相同，各組分元素本 身對于器件最終性能的影響也千變萬化，本專利正是在對四元系材料做了深入研宄不斷的 經驗總結才能夠根據研宄結果對四元系開始進行更加優化的組合設計，充分發揮各材料元 素自身的優勢進行器件上的組分整合匹配以達到最終器件整體性能的提升。
[0017] 本發明率先嘗試在四元系材料結構中進行組分的漸變設計，這是對于三元系的完 全嘗試性取代，同時是對四元系的突破性嘗試而且并取得了較好的效果。首先這需要對于 四元系材料有較深入地研宄和了解（材料匹配和控制的復雜程度與現有三元系不可同日 而語），并在大量的實驗結果上才能夠進行四元系的漸變組分框架構思和設計。經過組合 設計，目前已經可以把導帶高度從228meV提高到312meV，進而提高了量子阱內的電子效率 和降低了電子泄露幾率，同時價帶的高度由245meV降低到206meV，降低了空穴的迀移勢能 進而保證空穴可以高效的注入到量子阱而提升效率，綜合的結果是更好的電子空穴復合效 率，亮度的提升在15%以上，而大電流注入下的效率下降幅度效應由50%變為30%，提高 了 20%。
【附圖說明】：
[0018] 圖1是傳統結構的電子阻擋層設計示意圖。
[0019] 圖2是電子阻擋層采用（a)AlInGaN或者（b)AlInGaN/InGaN超晶格結構生長的結 構。
[0020] 圖3是電子阻擋層采用AlInGaN或者AlInGaN/InGaN超晶格結構生長的組分分布 示意圖。
【具體實施方式】：
[0021] 本發明的電子阻擋層采用A1InGaN或者A1InGaN/InGaN超晶格結構（例如200對） 生長，其中In組分< 10%，A1組分< 40%。在電子阻擋層中存在In和A1組分的漸變分 布，具體形式為線性遞增或遞減、階梯形、凹形、凸形、拋物線形中的一種或者分階段任意多 種組合。圖3給出了A1和In組分在電子阻擋層內部的不同示例結構。各個具體示例結構 的實驗結果平均數據如下表1所示，可以看出本發明的各個實施例取得了可觀的效益。可 以預期的是，隨著實驗的進一步優化，數值將繼續提升；基于本發明理念，參照圖3進行適 當的變形和組合優化，勢必會有更多的改善結果呈現。
[0022]表 1
【主權項】
1. 一種光電器件的電子阻擋層結構，其特征在于：采用AlInGaN或者AlInGaN/InGaN 超晶格結構生長，其中In組分《10%，A1組分《40%;在電子阻擋層中存在In和A1組分 的漸變分布，In與A1組分的漸變規律相互獨立；其中對于AlInGaN/InGaN超晶格結構的電 子阻擋層，In組分的漸變發生在超晶格的AlInGaN或者InGaN中，或者該兩處都存在漸變。
2. 根據權利要求1所述的光電器件的電子阻擋層結構，其特征在于：所述AlInGaN/ InGaN超晶格結構的電子阻擋層，超晶格的對數為1-300對。
3. 根據權利要求1所述的光電器件的電子阻擋層結構，其特征在于：所述漸變分布的 具體形式為線性遞增或遞減、階梯形、凹形、凸形、拋物線形中的一種或者分階段任意多種 組合。
4. 根據權利要求3所述的光電器件的電子阻擋層結構，其特征在于：所述電子阻擋層 整體均為漸變結構。
5. 根據權利要求1至4任一所述的光電器件的電子阻擋層結構，其特征在于；在電子 阻擋層中，還滲入Mg形成P型滲雜，在層內Mg組分為單一比例或者存在漸變分布。
6. 根據權利要求5所述的光電器件的電子阻擋層結構，其特征在于；Mg漸變分布的具 體形式為線性遞增或遞減、階梯形、凹形、凸形、拋物線形中的一種或者分階段任意多種組 合。
【專利摘要】本發明提出了一種光電器件的電子阻擋層結構，盡可能通過晶格結構和禁帶寬度的調整來達到與量子阱和P層間的結構匹配；同時減少極化電場的形成，盡可能減弱電子阻擋層內的負電荷區域形成，進而提升效率；并減弱電子阻擋層的能帶彎曲導致的電子泄露和P層空穴勢能的增加。該光電器件的電子阻擋層結構采用AlInGaN或者AlInGaN/InGaN超晶格結構生長，其中In組分≤10％,Al組分≤40％；在電子阻擋層中存在In和Al組分的漸變分布，In與Al組分的漸變規律相互獨立；對于AlInGaN/InGaN超晶格結構的電子阻擋層，In組分的漸變發生在超晶格的AlInGaN或者InGaN中，或者這兩處都存在漸變。
【IPC分類】H01L33-04, H01L33-14
【公開號】CN104659171
【申請號】CN201510030768
【發明人】李淼, 黃宏嘉
【申請人】西安神光皓瑞光電科技有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月21日