一種光電器件的電子阻擋層結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于光電器件設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光電器件外延結(jié)構(gòu)中電子阻擋層的 結(jié)構(gòu)設(shè)計。
【背景技術(shù)】：
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)在量子講結(jié)構(gòu)和P型GaN之間插入一層AlGaN的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)》提到一種采用鋁組分漸變電子阻擋層的LED 結(jié)構(gòu)，其中與多量子阱層的外層GaN皇接觸一側(cè)為低A1組分AlxGai_xN，0彡x彡0. 1，與 p-GaN層接觸一側(cè)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(cè)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(nèi) 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(dǎo)體發(fā)光二極管》則提出了通過能帶工程設(shè)計與優(yōu)化，在 外延結(jié)構(gòu)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(xiàn)鋁組分的 變化，從而調(diào)節(jié)電子阻擋層中的極化效應(yīng)，實現(xiàn)高的空穴注入。繼續(xù)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(fā)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(jié)構(gòu)作為阻擋 電子從有源區(qū)逃逸到p-AlGaN勢皇屋的電子阻擋層。進一步對于超晶格結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)》提出了生 長厚度為8-25nm的A1組分逐層降低的UAlGaN/UGaN結(jié)構(gòu)作為電子阻擋層，每一雙層結(jié)構(gòu) 的UAlGaN層相比上一雙層結(jié)構(gòu)的UAlGaN層中的A1組分含量減少15 % -50 %來改變傳統(tǒng) 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(fā)光 效率。
[0004] 也有研宄針對量子阱結(jié)構(gòu)和P型GaN之間不同部分穿插入不同結(jié)構(gòu)的電子阻擋層 來實現(xiàn)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(jié)構(gòu)》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(xù)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(jié)構(gòu)材料單層漸變、多層超晶格或者是AlGaN與InGaN 的超晶格結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)電子阻擋的效果，由于目前普遍藍(lán)綠光量子阱均為InGaN/GaN結(jié)構(gòu)， 以上的AlGaN或者AlGaN/InGaN結(jié)構(gòu)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(yīng)導(dǎo)致的極化電場效 應(yīng)。
[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(jié)構(gòu)》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(shè)計理念。也有如中國專利申請201310318301. 4《一種具有電子阻擋層結(jié)構(gòu)的發(fā) 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(shù)可以獨立調(diào)節(jié)的特性， 通過調(diào)節(jié)p-Ir^AlyGamN中的In和A1組分來達(dá)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(diào)整不可能達(dá)到晶格結(jié)構(gòu)和禁帶寬度 與量子阱和P層間的結(jié)構(gòu)完全匹配，即使在晶格上匹配則能帶勢必產(chǎn)生彎曲而導(dǎo)致空穴注 入效率下降和電子泄露幾率增加。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0008] 基于目前的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出了一種光電器件的電子阻擋層結(jié)構(gòu)，盡可能通過晶 格結(jié)構(gòu)和禁帶寬度的調(diào)整來達(dá)到與量子阱和P層間的結(jié)構(gòu)匹配；同時減少極化電場的形 成，盡可能減弱電子阻擋層內(nèi)的負(fù)電荷區(qū)域形成，進而提升效率；并減弱電子阻擋層的能帶 彎曲導(dǎo)致的電子泄露和P層空穴勢能的增加。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0010] 該光電器件的電子阻擋層結(jié)構(gòu)，采用AlInGaN或者AlInGaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)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(guī)律相互獨立（當(dāng)然，In與A1組分的基礎(chǔ)百分比也是相互獨立的）；其 中對于AlInGaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)的電子阻擋層，In組分的漸變發(fā)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(jié)構(gòu)的電子阻擋層，超晶格的對數(shù)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(jié)構(gòu)，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(shù)來 實現(xiàn)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(nèi)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(guī)律與前述 In和A1組分的漸變規(guī)律也相互獨立。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0016] 在目前的電子阻擋層的設(shè)計中，雖然已有很多關(guān)于材料結(jié)構(gòu)的設(shè)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(jié)構(gòu)或者是提到了組分固定的四元 結(jié)構(gòu)。首先四元系的材料結(jié)構(gòu)進行組分設(shè)計會變得更加的復(fù)雜和多變，對于組分的控制和 搭配難度也會遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于三元的材料組分設(shè)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(shè)計已經(jīng)比較困難，對四元系控制不準(zhǔn)甚至結(jié)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?nèi)f化，本專利正是在對四元系材料做了深入研宄不斷的 經(jīng)驗總結(jié)才能夠根據(jù)研宄結(jié)果對四元系開始進行更加優(yōu)化的組合設(shè)計，充分發(fā)揮各材料元 素自身的優(yōu)勢進行器件上的組分整合匹配以達(dá)到最終器件整體性能的提升。
[0017] 本發(fā)明率先嘗試在四元系材料結(jié)構(gòu)中進行組分的漸變設(shè)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(fù)雜程度與現(xiàn)有三元系不可同日 而語），并在大量的實驗結(jié)果上才能夠進行四元系的漸變組分框架構(gòu)思和設(shè)計。經(jīng)過組合 設(shè)計，目前已經(jīng)可以把導(dǎo)帶高度從228meV提高到312meV，進而提高了量子阱內(nèi)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(jié)果是更好的電子空穴復(fù)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(yīng)由50%變?yōu)?0%，提高 了 20%。
【附圖說明】：
[0018] 圖1是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電子阻擋層設(shè)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(jié)構(gòu)生長的結(jié) 構(gòu)。
[0020] 圖3是電子阻擋層采用AlInGaN或者AlInGaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)生長的組分分布 示意圖。
【具體實施方式】：
[0021] 本發(fā)明的電子阻擋層采用A1InGaN或者A1InGaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)（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(nèi)部的不同示例結(jié)構(gòu)。各個具體示例結(jié)構(gòu) 的實驗結(jié)果平均數(shù)據(jù)如下表1所示，可以看出本發(fā)明的各個實施例取得了可觀的效益?？?以預(yù)期的是，隨著實驗的進一步優(yōu)化，數(shù)值將繼續(xù)提升；基于本發(fā)明理念，參照圖3進行適 當(dāng)?shù)淖冃魏徒M合優(yōu)化，勢必會有更多的改善結(jié)果呈現(xiàn)。
[0022]表 1
【主權(quán)項】
1. 一種光電器件的電子阻擋層結(jié)構(gòu)，其特征在于：采用AlInGaN或者AlInGaN/InGaN 超晶格結(jié)構(gòu)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(guī)律相互獨立；其中對于AlInGaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)的電 子阻擋層，In組分的漸變發(fā)生在超晶格的AlInGaN或者InGaN中，或者該兩處都存在漸變。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電器件的電子阻擋層結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述AlInGaN/ InGaN超晶格結(jié)構(gòu)的電子阻擋層，超晶格的對數(shù)為1-300對。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電器件的電子阻擋層結(jié)構(gòu)，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(jù)權(quán)利要求3所述的光電器件的電子阻擋層結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述電子阻擋層 整體均為漸變結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的光電器件的電子阻擋層結(jié)構(gòu)，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(nèi)Mg組分為單一比例或者存在漸變分布。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電器件的電子阻擋層結(jié)構(gòu)，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(fā)明提出了一種光電器件的電子阻擋層結(jié)構(gòu)，盡可能通過晶格結(jié)構(gòu)和禁帶寬度的調(diào)整來達(dá)到與量子阱和P層間的結(jié)構(gòu)匹配；同時減少極化電場的形成，盡可能減弱電子阻擋層內(nèi)的負(fù)電荷區(qū)域形成，進而提升效率；并減弱電子阻擋層的能帶彎曲導(dǎo)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(jié)構(gòu)采用AlInGaN或者AlInGaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)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(guī)律相互獨立；對于AlInGaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)的電子阻擋層，In組分的漸變發(fā)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?zhí)枴緾N201510030768
【發(fā)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