一種發(fā)光二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種發(fā)光二極管，至少包括N型層、發(fā)光層和P型層，所述發(fā)光層為壘層、第一過(guò)渡層、阱層、第二過(guò)渡層的多量子阱周期結(jié)構(gòu)，其中壘層、第一過(guò)渡層和第二過(guò)渡層中至少插入兩個(gè)非均勻厚度的AlN薄層。本發(fā)明采用AlN薄層與壘層、第一過(guò)渡層、第二過(guò)渡層形成的交疊結(jié)構(gòu)，可以有效調(diào)制量子阱區(qū)的極化場(chǎng)，減少阱壘層之間的極化電荷，減弱能帶傾斜，提高載流子在量子阱區(qū)的輻射復(fù)合效率。
【專利說(shuō)明】一種發(fā)光二極管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，更詳細(xì)地說(shuō)，是涉及III族氮化物的多量子阱周期結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。
[0002]發(fā)明背景
發(fā)光二極管具有電光轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，已被公認(rèn)為第三代照明光源。GaN基外延片是LED的核心組成部分，決定著LED產(chǎn)品的性能。發(fā)光效率已成為影響發(fā)光二極管性能的瓶頸，影響產(chǎn)品的用途拓展。因此減少阱壘層之間的極化電荷，減弱能帶傾斜，提高器件的發(fā)光效率已經(jīng)成為目前的技術(shù)研究熱點(diǎn)。
[0003]中國(guó)專利CN201110258718《一種提高發(fā)光二極管發(fā)光效率的方法》通過(guò)生長(zhǎng)不同厚度的壘層，通過(guò)加厚靠近N型層的壘層厚度，降低靠近P型層的壘層厚度，提高電子空穴的復(fù)合效率從而提高發(fā)光效率。該方案所述的結(jié)構(gòu)對(duì)于發(fā)光效率提升幅度有限。因此需要提供一種可以進(jìn)一步減少講壘.界面極化電荷、提聞發(fā)光效率的技術(shù)方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供的主要技術(shù)方案為:一種發(fā)光二極管，從下至上依次包括襯底、緩沖層、N型層、應(yīng)力釋放層、發(fā)光層、P型層和P型接觸層。
[0005]所述發(fā)光層為壘層、第一過(guò)渡層、阱層、第二過(guò)渡層的多量子阱周期結(jié)構(gòu)，其中至少一個(gè)壘層、第一過(guò)渡層、第二過(guò)渡層包含至少兩個(gè)非均勻厚度的AlN薄層。
[0006]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述壘層、第一過(guò)渡層和第二過(guò)渡層中的任意一層至少插入兩個(gè)AlN薄層。
[0007]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述壘層、第一過(guò)渡層和第二過(guò)渡層中的至少有兩層各至少插入一個(gè)AlN薄層。
[0008]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述壘層、第一過(guò)渡層和第二過(guò)渡層中的每層各至少插入一個(gè)AlN薄層。
[0009]所述AlN薄層的厚度變化沿生長(zhǎng)方向可以為線性變化或非線性變化，其在壘層、第一過(guò)渡層、第二過(guò)渡層中厚度沿著生長(zhǎng)方向逐漸變化，可以逐漸減小，也可以逐漸增大，或者先增大后減小，或者先減小后增大。
[0010]所述AlN薄層的厚度在0.lnnT6nm范圍內(nèi)波動(dòng)，層數(shù)優(yōu)選2?10層。
[0011]所述發(fā)光層的所有多量子阱周期結(jié)構(gòu)均插入AlN薄層或者僅部分多量子阱周期結(jié)構(gòu)插入AlN薄層。
[0012]進(jìn)一步地，所述AlN薄層的層數(shù)可以為發(fā)光層的全部壘層及其第一過(guò)渡層、第二過(guò)渡層或部分壘層及其第一過(guò)渡層、第二過(guò)渡層。
[0013]所述AlN薄層的摻雜水平介于I X 116CnT3?I X 119CnT3之間，位于壘層中的AlN薄層摻雜濃度不低于壘層的摻雜，第一過(guò)渡層和第二過(guò)渡層中的摻雜濃度不高于壘層的摻雜濃度。
[0014]所述發(fā)光層的多量子阱結(jié)構(gòu)的周期個(gè)數(shù)η:2?100，優(yōu)選5?15。
[0015]所述多量子阱結(jié)構(gòu)的壘層由AlxInyGai_x_yN組成，其中O彡X彡1,0 ^ y ^ 1，O ^ x+y ^ I。所述壘層的厚度可以變化也可以保持不變。
[0016]所述多量子阱結(jié)構(gòu)的阱層由AlpInqGamN組成，其中O彡P(guān)彡l，0〈q彡1，O ^ p+q ^ 1，其生長(zhǎng)溫度不大于壘層的生長(zhǎng)溫度，所述量子阱層的In組分應(yīng)不小于壘層中的In組分，其禁帶寬度的最大值不大于壘層材料的禁帶寬度。
[0017]所述多量子阱結(jié)構(gòu)的第一過(guò)渡層由AlaInbGa1IbN組成，其中O彡a彡1，0彡b彡1，O ^ a+b ^ 1，其禁帶寬度的最大值不大于壘層材料的禁帶寬度，最小值不小于阱層材料的禁帶寬度。
[0018]所述多量子阱結(jié)構(gòu)的第二過(guò)渡層由AleIndGa1IdN組成，其中O彡c彡1，0彡d彡1，O ^ c+d ^ 1，其禁帶寬度的最大值不大于壘層材料的禁帶寬度，最小值不小于阱層材料的禁帶寬度。第二過(guò)渡層的材料與第一過(guò)渡層可以相同，也可以不同。
[0019]本發(fā)明所述的發(fā)光二極管，具有以下有益效果:
(I)本發(fā)明提供的非均勻厚度的AlN薄層與壘層、第一過(guò)渡層、第二過(guò)渡層形成的交疊結(jié)構(gòu)，可以有效調(diào)制量子阱區(qū)的極化場(chǎng)，減少阱壘層之間的極化電荷，減弱能帶傾斜，提高載流子在量子阱區(qū)的輻射復(fù)合效率。
[0020](2) AlN薄層與壘層、第一過(guò)渡層、第二過(guò)渡層形成的異質(zhì)結(jié)界面內(nèi)可高濃度二維電子氣，可使得電流分布更為均勻，從而提高發(fā)光二極管的可靠性和抗靜電能力。
[0021](3)本發(fā)明采用的AlN薄層的厚度、層數(shù)及摻雜濃度可調(diào)節(jié)，對(duì)于不同波段的發(fā)光二極管發(fā)光效率的提升可優(yōu)化空間大。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]附圖用來(lái)說(shuō)明對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。提供這些實(shí)施例是為了使所公開(kāi)的內(nèi)容更完整地向本專業(yè)的技術(shù)人員充分詮釋本發(fā)明的范圍。同時(shí)，本發(fā)明可以由許多不同形式體現(xiàn)，不應(yīng)認(rèn)為僅限于此文提出的實(shí)施例。
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光二極管的剖面示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光二極管的多量子阱結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的多量子阱結(jié)構(gòu)的第一種形式的控制示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的多量子阱結(jié)構(gòu)的第二種形式的控制示意圖。
[0027]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的多量子阱結(jié)構(gòu)的第三種形式的控制示意圖。
[0028]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的多量子阱結(jié)構(gòu)的第四種形式的控制示意圖。
[0029]圖中標(biāo)示:100:襯底；101:緩沖層；102:N型GaN層；103:應(yīng)力釋放層；104 =MQff發(fā)光層；104a AlxInyGa1HN 魚層；104b: AlaInbGa1^bN 第一過(guò)渡層；104c AlpInqGa1TqN 講層；104d =AlcIndGa1IdN 第二過(guò)渡層；104an, 104bn, 104dn:A1N 薄層；105:P 型層；106:P 型接觸層；107:N電極；108:P電極；109:絕緣保護(hù)層。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的非均勻厚度AlN薄層的多量子阱結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
[0031]實(shí)施例1
如圖1所示，本發(fā)明提供一種非均勻厚度AlN薄層的多量子阱結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，從下至上依次包括:
Cl) 一襯底100，所述襯底選用藍(lán)寶石(A1203)、SiC、GaN或Si，本實(shí)施例優(yōu)選藍(lán)寶石襯
。
[0032](2) 一緩沖層101，所述緩沖層生長(zhǎng)在經(jīng)過(guò)高溫氫化處理的襯底100之上，為氮化鎵(GaN)和/或氮化鋁(AlN)和/或氮化鋁鎵(GaAlN)層，生長(zhǎng)溫度為40(T650°C，厚度為Inm?50 nmD
[0033](3) 一 N型GaN層102，所述N型GaN層生長(zhǎng)在緩沖層101之上，生長(zhǎng)溫度為1000?12001:，厚度為 500nnT5000nm，摻雜濃度為 I X 118?I X 102°cnT3，優(yōu)選 I X 11W, #雜源優(yōu)選SiH4。
[0034](4)一應(yīng)力釋放層103，所述應(yīng)力釋放層位于N型GaN層102之上，材料優(yōu)選InGaN/GaN層，生長(zhǎng)溫度為70(Tl000°C，厚度為l(T500nm。
[0035](5) 一 (AlJn.Ga^^N/AlpIn^a^^N)!!多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)發(fā)光層 104，所述多量子阱結(jié)構(gòu)發(fā)光層生長(zhǎng)在應(yīng)力釋放層103之上，生長(zhǎng)溫度為70(T90(rc。所述多量子阱結(jié)構(gòu)發(fā)光層104由周期性的壘層104a/第一過(guò)渡層104b/阱層104c/第二過(guò)渡層/104c交替堆疊而成，如圖2所示，周期個(gè)數(shù)η:2?100，優(yōu)選5?15。
[0036]其中所述魚層104a的厚度為5nnT30nm,所述第一過(guò)渡層104b的厚度為0.5nnTl0nm,所述講層104c的厚度為InnTlOnm,所述第二過(guò)渡層104d的厚度為0.5nm?10nmo
[0037]所述發(fā)光層為壘層、第一過(guò)渡層、阱層、第二過(guò)渡層的多量子阱周期結(jié)構(gòu)，如圖3所示，在壘層中插入兩個(gè)非均勻厚度的AlN薄層，所述AlN薄層在壘層中的厚度沿著生長(zhǎng)方向可以逐漸減小，也可以逐漸增大，或者先增大后減小，或者先減小后增大。優(yōu)選的，所述AlN薄層，在壘層中的厚度沿著生長(zhǎng)方向逐漸減小。所述壘層中AlN薄層104an的厚度為
0.lnnT6nm,層數(shù)優(yōu)選2-10層。
[0038]所述第一過(guò)渡層中AlN薄層104bn的厚度為0.lnnT6nm，層數(shù)優(yōu)選2-10層。
[0039]所述第二過(guò)渡層中AlN薄層104dn的厚度為0.lnnT6nm，層數(shù)優(yōu)選2-10層。
[0040]所述AlN薄層的插入位置可以位于發(fā)光層的全部壘層或部分壘層中。
[0041]所述AlN薄層厚度的變化沿生長(zhǎng)方向可以為線性變化或非線性變化。
[0042]所述壘層中AlN薄層摻雜水平介于I X 116^l X 119 cm_3之間，摻雜濃度不低于壘層的摻雜，第一過(guò)渡層和第二過(guò)渡層中的AlN薄層摻雜濃度不高于壘層的摻雜濃度，摻雜源優(yōu)選SiH4。
[0043]所述分別在壘層104a、第一過(guò)渡層104b、第二過(guò)渡層104d中的AlN薄層104an、104bn、104dn的插入位置可調(diào)節(jié)。
[0044](6)— P型GaN層105，所述P型GaN層生長(zhǎng)在MQW發(fā)光層103之上，生長(zhǎng)溫度為80(Tl00(TC，厚度為 10nnT300nm，摻雜濃度為 I X 119?I X 1021cnT3，優(yōu)選 I X 102°cnT3，摻雜源優(yōu)選CP2Mg。
[0045](7) — P型接觸層106，所述P型GaN層生長(zhǎng)在P型GaN層105之上，生長(zhǎng)溫度為80(Tl00(TC，厚度為 lnnT30nm，摻雜濃度為 I X 119?I X 1022cnT3，優(yōu)選 5 X 102°cnT3，摻雜源優(yōu)選 CP2Mg。
[0046](8) 一 N電極107，所述N電極制作在通過(guò)蝕刻工藝暴露出的部分N型GaN層102之上。
[0047](9) 一 P電極108，所述P電極制作在P型接觸層106之上。
[0048](10)—絕緣保護(hù)層109，所述絕緣保護(hù)層制作在裸露發(fā)光二極管的表面，用于保護(hù)發(fā)光二極管。
[0049]實(shí)施例2
與實(shí)施例1不同的是步驟(5)，如圖4所示，在壘層、第一過(guò)渡層中各插入一個(gè)非均勻厚度的AlN薄層所述AlN薄層，在壘層、第一過(guò)渡層中的厚度沿著生長(zhǎng)方向逐漸減小。
[0050]實(shí)施例3
與實(shí)施例1不同的是步驟(5)，如圖5所示，在壘層、第一過(guò)渡層、第二過(guò)渡層中各插入一個(gè)非均勻厚度的AlN薄層。所述AlN薄層，在壘層、第一過(guò)渡層、第二過(guò)渡層中的厚度沿著生長(zhǎng)方向逐漸減小。
[0051]實(shí)施例4
與實(shí)施例1不同的是步驟(5)，如圖6所示，在壘層、第一過(guò)渡層、第二過(guò)渡層中各插入兩個(gè)非均勻厚度的AlN薄層。所述AlN薄層，在壘層中厚度沿著生長(zhǎng)方向逐漸減小，在第一過(guò)渡層中厚度沿著生長(zhǎng)方向逐漸減小，在第二過(guò)渡層中厚度沿著生長(zhǎng)方向逐漸增大。
[0052]以上多量子阱結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，采用非均勻厚度的AlN薄層與壘層、第一過(guò)渡層、第二過(guò)渡層形成的交疊結(jié)構(gòu)，可以有效調(diào)制量子阱區(qū)的極化場(chǎng)，減少阱壘層層之間的極化電荷，減弱能帶傾斜，提高載流子在量子阱區(qū)的輻射復(fù)合效率，從而提高發(fā)光效率。同時(shí)，AlN薄層與壘層、第一過(guò)渡層、第二過(guò)渡層形成的異質(zhì)結(jié)界面內(nèi)可高濃度二維電子氣，可使得電流分布更為均勻，從而提高發(fā)光二極管的可靠性和抗靜電能力。此外，本發(fā)明采用的AlN薄層的厚度、層數(shù)及摻雜濃度可調(diào)節(jié)，對(duì)于不同波段的發(fā)光二極管發(fā)光效率的提升可優(yōu)化空間大。
[0053]以上表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，以上描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管，至少包括N型層、發(fā)光層和P型層，其特征在于:所述發(fā)光層為壘層、第一過(guò)渡層、阱層和第二過(guò)渡層組成的多量子阱周期結(jié)構(gòu)，其中壘層、第一過(guò)渡層和第二過(guò)渡層中至少插入兩個(gè)非均勻厚度的AlN薄層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管，其特征在于:所述壘層、第一過(guò)渡層和第二過(guò)渡層中的任意一層至少插入兩個(gè)AlN薄層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管，其特征在于:所述壘層、第一過(guò)渡層和第二過(guò)渡層中的至少有兩層各至少插入一個(gè)AlN薄層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管，其特征在于:所述壘層、第一過(guò)渡層和第二過(guò)渡層中的每層各至少插入一個(gè)AlN薄層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管，其特征在于:所述發(fā)光層的所有多量子阱周期結(jié)構(gòu)均插入AlN薄層或者僅部分多量子阱周期結(jié)構(gòu)插入AlN薄層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管，其特征在于:所述AlN薄層厚度為0.lnnT6nm,層數(shù)為2?10層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管，其特征在于:所述AlN薄層厚度沿著生長(zhǎng)方向呈線性變化或非線性變化，變化趨勢(shì)為逐漸減小或者逐漸增大，或者先增大后減小，或者先減小后增大。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管，其特征在于:所述AlN薄層的摻雜濃度為lX1016cm_3?lX1019cm_3。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述壘層AlxInyGa^yN組成，其中O ^ X ^ 1,0 ^ y ^ 1,0 ^ x+y ( I，所述講層 AlpInqGa1HN 組成,其中1,0 ^ I,O ( p+q ( I。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述第一過(guò)渡層由AlaInbeal_a_bN組成，其中O < a < 1，0< b < 1，0< a+b < 1，其禁帶寬度的最大值不大于壘層材料的禁帶寬度，最小值不小于阱層材料的禁帶寬度，所述第二過(guò)渡層由AlcJndGalIdN組成，其中O彡c彡1，0彡d彡1，0彡c+d彡1，其禁帶寬度的最大值不大于壘層材料的禁帶寬度，最小值不小于阱層材料的禁帶寬度。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK104319322SQ201410600804
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】杜偉華, 周啟倫, 伍明躍, 李志明, 尋飛林, 鄭錦堅(jiān), 李水清 申請(qǐng)人:廈門市三安光電科技有限公司