專利名稱：三族氮化合物半導(dǎo)體紫外光發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三族氮化合物半導(dǎo)體紫外光發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
對(duì)于發(fā)光二極管這類光電子器件，要求對(duì)注入的電子(η型載流子)和空穴(P型載流子)都能夠限制在有源區(qū)，并在有源區(qū)內(nèi)復(fù)合發(fā)光。人們?cè)谟性磪^(qū)的兩側(cè)用禁帶寬度比有源層的更大的半導(dǎo)體材料形成勢(shì)壘層，并根據(jù)摻雜的不同，可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)電子和空穴的約束。對(duì)于包層的材料，不僅要考慮能否形成適當(dāng)?shù)膭?shì)壘高度，還要考慮考慮到它兩邊的半導(dǎo)體層和量子阱層能否晶格匹配，否則將破壞器件結(jié)構(gòu)和性能。另外還要考慮是否能有低的電阻率和高的遷移率，以滿足器件電學(xué)上的要求。對(duì)于三族氮化合物半導(dǎo)體紫外光發(fā) 光二極管，通常在雙異質(zhì)結(jié)或單、多量子阱層的兩側(cè)，分別生長一層η型或P型的AlGaN層與η型或P型的GaN勢(shì)魚層,所述η型或ρ型的GaN勢(shì)魚層形成對(duì)電子和空穴的勢(shì)魚而約束載流子。AlGaN和GaN之間的晶格失配比較小，但是，由于藍(lán)寶石(a = 4. 758)基板和GaN(a=3. 189)的晶格失配非常大，外延層缺陷密度大，遷移率低，盡管生長了過渡層，界面上的缺陷仍然向上傳遞延伸，從而會(huì)造成有源層與GaN層之間存在較大的晶格失配，引起顯著的量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)，導(dǎo)致能帶傾斜。隨著注入電流的增加，阱內(nèi)電子空穴波函數(shù)空間分裂嚴(yán)重，波函數(shù)重疊積分大大減小，電子空穴對(duì)的復(fù)合輻射幾率降低，限制了器件內(nèi)量子效率的提高，發(fā)光效率嚴(yán)重下降。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種可維持晶格品質(zhì)，提升量子阱發(fā)光強(qiáng)度的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管。一種三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其包括藍(lán)寶石襯底、依次成長在該藍(lán)寶石襯底上的η型半導(dǎo)體層、有源層以及ρ型半導(dǎo)體層。所述η型半導(dǎo)體層與有源層之間還成長有一 η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)。所述η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)大于等于所述有源層的晶格常數(shù)，小于等于所述η型半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)。上述三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管在有源層與η型半導(dǎo)體層之間插入一 η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)，使所述η型半導(dǎo)體層與所述有源層之間達(dá)成漸變晶格匹配，可以消除η型半導(dǎo)體層從下面?zhèn)鬟f來的缺陷，及減緩晶格部匹配造成的能帶傾斜，以提升量子阱發(fā)光強(qiáng)度。


圖I為本發(fā)明實(shí)施方式中的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為η型半導(dǎo)體層、η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)以及有源層的晶格關(guān)系示意圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管以及本發(fā)明的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的電流與發(fā)光強(qiáng)度曲線圖。圖4為現(xiàn)有技術(shù)三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管以及本發(fā)明的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的電流與功率曲線圖。主要元件符號(hào)說明三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管10藍(lán)寶石襯底11GaN 生長層12GaN 過渡層13η 型 GaN 層14η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)15InyGahNAlzGahN 有源層16ρ 型 AlGaN 層17ρ 型 GaN 層18
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施方式一請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施方式提供的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管10包括一藍(lán)寶石襯底11、順序生長在所述藍(lán)寶石襯底11上的一未摻雜的GaN生長層12、一未摻雜的GaN過渡層13、一 η型GaN層14、一 η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)15、一 InyGa^NZAlzGahN有源層16、一 ρ型AlGaN層17以及一 ρ型GaN層18。該ρ型AlGaN層17用作電子阻擋層。在Ιη^^Ν/ΑΙΑ^Ν有源層16包括阱層InyGa1J和阱層InyGa1J兩側(cè)的勢(shì)壘層AlzGai_zN，其中O彡y彡1;0彡z彡I。所述η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)15的具體結(jié)構(gòu)為(AlxGapxN-GaN)m，其由AlxGapxN層和GaN層交替分布。其中O彡X彡l，m代表層數(shù)。所述η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)15的厚度大于I μ m,優(yōu)選地,所述η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)15的厚度為2 2. 5 μ m。所述x以及m根據(jù)所述InyGanNAlzGahN有源層16所設(shè)定的出光波長而可以進(jìn)行調(diào)整。請(qǐng)參閱圖2，由于InN的晶格常數(shù)大于GaN，而帶隙小于GaN ;而AlN的晶格常數(shù)小于并接近GaN，而帶隙遠(yuǎn)大于GaN。因此，可以選擇所述結(jié)構(gòu)(AlxGai_xN-GaN)m，通過調(diào)整x以及m的值，使所述η型GaN層14、η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)15以及InyGapyNAlzGahN有源層16的晶格常數(shù)滿足下式η型GaN層14 > η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)15 ^ Ιη^^Ν/ΑΙ^^Ν有源層16從而使所述η型GaN層14與所述InyGapyNAlzGahN有源層16之間達(dá)成漸變的晶格匹配。在本實(shí)施方式中，所述結(jié)構(gòu)(AlxGahN-GaN)m是采用金屬化學(xué)氣相淀積(MOCVD)法在制備LED器件的過程中一次性生長出來。本發(fā)明還可以在η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)15中摻Si(硅)等η型雜質(zhì)，其濃度為1017EA/cm3-1018EA/cm3 ;在ρ型AlGaN層17與ρ型GaN層18中摻Mg(鎂)等ρ型雜質(zhì)，其 濃度為1016EA/Cm3-1017EA/Cm3，該雜質(zhì)能夠?yàn)閺?fù)合發(fā)光提供載流子。所述結(jié)構(gòu)(AlxGahN-GaN)m能夠?qū)aN層從下面?zhèn)鬟f來的缺陷“掩蓋”或者“撫平”。在其上面再生長高完整性的有源層，可以使有源層與GaN層的晶格達(dá)成漸變匹配，以減少載流子的缺陷散射、非輻射躍遷中心和光的吸收與散射，從而提高復(fù)合發(fā)光效率。請(qǐng)參閱圖3，其為現(xiàn)有技術(shù)三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管以及本發(fā)明的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管10的電流與發(fā)光強(qiáng)度曲線圖，其中虛線代表現(xiàn)有技術(shù)三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，實(shí)線代表本發(fā)明的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管10。從圖中可以看出，隨著電流注入的增大，本發(fā)明的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管10相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度明顯提高。對(duì)于大功率的紫外光發(fā)光二極管來說，一般使用350mA的操作電流，從圖3中可以看出，當(dāng)通入350mA的操作電流時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)有明顯提聞。請(qǐng)參閱圖4，其為現(xiàn)有技術(shù)三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管以及本發(fā)明的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管10的電流與功率曲線圖，其中虛線代表現(xiàn)有技術(shù)三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，實(shí)線代表本發(fā)明的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管10，從圖中可以看出，對(duì)于大功率的紫外光發(fā)光二極管來說，當(dāng)通過350mA的操作電流時(shí)，本發(fā)明的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管10的發(fā)光效率相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)有明顯提高。實(shí)施方式二本發(fā)明第二實(shí)施方式的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管10相對(duì)于所述第一實(shí)施方式的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管10的區(qū)別在于所述η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)15的結(jié)構(gòu)具體為(AlxGahN-AlkGagN)m，其由AlxGkxN層和AlkGagN層交替分布。其中O < χ < 1，O彡k彡I。所述(AlxGahN-AlkGa卜,Nh的厚度大于I μ m，優(yōu)選地，所述(AlxGa^N-AI,Ga1^tN)m的厚度為2 2.5 μ m。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管在有源層與η型半導(dǎo)體層之間插入一 η型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)，使所述η型半導(dǎo)體層與所述有源層之間達(dá)成漸變晶格匹配，可以消除η型半導(dǎo)體層從下面?zhèn)鬟f來的缺陷，提升量子阱發(fā)光強(qiáng)度?？梢岳斫獾氖?，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思做 出其它各種像應(yīng)的改變與變形，而所有這些改變與變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其包括藍(lán)寶石襯底、依次成長在該藍(lán)寶石襯底上的n型半導(dǎo)體層、有源層以及p型半導(dǎo)體層，其特征在于，所述n型半導(dǎo)體層與有源層之間還成長有一 n型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)，所述n型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)大于等于所述有源層的晶格常數(shù)，小于等于所述n型半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)。
2.如權(quán)利要求I所述的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于所述n型半導(dǎo)體層為n型GaN層,所述有源層為InyGahyNAlzGahN,所述p型半導(dǎo)體層為p型AlGaN層及 p 型 GaN 層，式中I ；0 ^ z ^ I。
3.如權(quán)利要求I所述的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于所述n型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)為(AlxGahN-GaN)m，其由AlxGaJ層和GaN層交替分布，其中O ^ X ^ I，m代表層數(shù)。
4.如權(quán)利要求I所述的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于所述n型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)具體為(AlxGahN-AlkGa1^tN)m，其由AlxGa1J層和AlkGagN層交替分布，其中O彡X彡1，0彡k彡l，m代表層數(shù)。
5.如權(quán)利要求I所述的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于所述藍(lán)寶石襯底上還依次生長有一未摻雜的GaN生長層、一未摻雜的GaN過渡層，所述n型半導(dǎo)體層生長在該未摻雜的GaN過渡層上。
6.如權(quán)利要求I所述的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于所述p型半導(dǎo)體層上還生長有一 P型GaN層。
7.如權(quán)利要求I所述的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于所述n型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)的厚度為2 2. 5 ii m。
8.如權(quán)利要求I所述的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于所述n型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)采用金屬化學(xué)氣相淀積法在制備發(fā)光二極管器件的過程中一次性生長出來。
9.如權(quán)利要求I所述的三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于所述n型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)中摻硅n型雜質(zhì)；所述P型半導(dǎo)體層中摻鎂P型雜質(zhì)。
全文摘要
一種三族氮化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其包括藍(lán)寶石襯底、依次成長在該藍(lán)寶石襯底上的n型半導(dǎo)體層、有源層以及p型半導(dǎo)體層。所述n型半導(dǎo)體層與有源層之間還成長有一n型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)。所述n型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)大于等于所述有源層的晶格常數(shù)，小于等于所述n型半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)。所述n型應(yīng)變層晶格結(jié)構(gòu)使所述n型半導(dǎo)體層與所述有源層之間達(dá)成漸變晶格匹配，可以消除n型半導(dǎo)體層從下面?zhèn)鬟f來的缺陷，及減緩晶格部匹配造成的能帶傾斜，以提升量子阱發(fā)光強(qiáng)度。
文檔編號(hào)H01L33/02GK102637793SQ20111003766
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者凃博閔, 黃世晟 申請(qǐng)人:展晶科技(深圳)有限公司, 榮創(chuàng)能源科技股份有限公司