一種發(fā)光二極管及其制造方法與流程

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本發(fā)明涉及半導體技術領域，特別涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。

背景技術：

作為目前全球最受矚目的新一代光源，發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，簡稱LED)具有高亮度、低熱量、長壽命等優(yōu)點，被稱為21世紀最有發(fā)展前景的綠色照明光源。Ⅲ族氮化物基LED的發(fā)光波長涵蓋了整個可見光波段，因而備受關注。

LED包括襯底、以及依次層疊在襯底上的n型Ⅲ族氮化物半導體層、有源層、p型Ⅲ族氮化物半導體層、透明導電層，p型Ⅲ族氮化物半導體層上設有延伸至n型Ⅲ族氮化物半導體層的凹槽，第一電極設置在n型Ⅲ族氮化物半導體層上，第二電極設置透明導電層上。在第二電極和第一電極通電的情況下，n型Ⅲ族氮化物半導體層中的電子、p型Ⅲ族氮化物半導體層中的空穴注入有源層復合發(fā)光。

在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術至少存在以下問題：

隨著LED制造技術的成熟，LED向高亮度、大功率、低損耗的方向發(fā)展，要求LED在大的注入電流下保持較高的效率，但LED中空穴的濃度和遷移率均遠小于電子，電子和空穴的注入效率不平衡，有源層中沒有足夠的空穴與電子復合，大量電子溢出有源層，形成無效的電流注入，造成LED的外量子效率在大的電流注入下隨著注入電流的增加而衰減。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術外量子效率衰減的問題，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管及其制造方法。所述技術方案如下：

一方面，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的第一Ⅲ族氮化物半導體層、有源層、第二Ⅲ族氮化物半導體層、透明導電層，所述第二Ⅲ族氮化物半導體層上設有延伸至所述第一Ⅲ族氮化物半導體層的凹槽，第一電極設置在所述第一Ⅲ族氮化物半導體層上，第二電極設置在所述透明導電層上，所述發(fā)光二極管還包括摻雜有p型摻雜劑的Ⅱ-Ⅵ族半導體層，所述Ⅱ-Ⅵ族半導體層層疊在所述第二Ⅲ族氮化物半導體層和所述透明導電層之間。

可選地，所述Ⅱ-Ⅵ族半導體層中的Ⅱ族元素為Be、Mg、Ca、Zn、Sr、Ba、Cd、Hg中的一種或多種，所述Ⅱ-Ⅵ族半導體層中的Ⅵ族元素為O、S、Se、Te中的一種或多種。

可選地，所述Ⅱ-Ⅵ族半導體層中摻雜的p型摻雜劑為Ⅰ族元素或者Ⅴ族元素，所述Ⅰ族元素用于替代所述Ⅱ組元素形成空穴，所述Ⅴ族元素用于替代所述Ⅵ族元素形成空穴。

優(yōu)選地，所述Ⅰ族元素為H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr中的任一種，所述Ⅴ族元素為N、P、As、Sb、Bi、Mc中的任一種。

可選地，所述透明導電層為氧化銦錫、摻鎵的氧化鋅、摻鋁的氧化鋅、石墨烯中的任一種。

可選地，所述第一Ⅲ族氮化物半導體層為摻雜有n型摻雜劑的GaN層，或者不摻雜的GaN層。

可選地，所述第二Ⅲ族氮化物半導體層為摻雜有p型摻雜劑的GaN層，或者不摻雜的GaN層。

可選地，所述有源層包括N層量子阱層和N+1層量子壘層，所述量子阱層和所述量子壘層交替層疊，N為正整數(shù)。

可選地，所述襯底為藍寶石襯底或者碳化硅襯底。

另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種上述發(fā)光二極管的制造方法，所述制造方法包括：

在襯底上依次生長第一Ⅲ族氮化物半導體層、有源層、第二Ⅲ族氮化物半導體層；

在所述第二Ⅲ族氮化物半導體層上開設延伸至所述第一Ⅲ族氮化物半導體層的凹槽；

在所述第二Ⅲ族氮化物半導體層上形成摻雜有p型摻雜劑的Ⅱ-Ⅵ族半導體層；

在所述Ⅱ-Ⅵ族半導體層上形成透明導電層；

在所述透明導電層上設置第二電極，在所述第一Ⅲ族氮化物半導體層上設置第一電極。

本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

通過Ⅱ-Ⅵ族半導體層極大地提高了空穴濃度，同時透明導電層促進了電流的擴散，從而極大地提高空穴注入效率、降低LED工作電壓，顯著改善LED的外量子效率在大的電流注入下的衰減問題。而且還可以提高光線的透過率、以及LED的發(fā)光亮度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種發(fā)光二極管的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例二提供的一種發(fā)光二極管的制造方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例一

本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管，適用于顯示屏、背光源、白光照明等，參見圖1，該發(fā)光二極管包括襯底1、以及依次層疊在襯底1上的第一Ⅲ族氮化物半導體層2、有源層3、第二Ⅲ族氮化物半導體層4、Ⅱ-Ⅵ族半導體層5、透明導電層6，第二Ⅲ族氮化物半導體層4上設有延伸至第一Ⅲ族氮化物半導體層2的凹槽10，第一電極7設置在第一Ⅲ族氮化物半導體層2上，第二電極8設置在透明導電層6上。

在本實施例中，Ⅱ-Ⅵ族半導體層5摻雜有p型摻雜劑。第一Ⅲ族氮化物半導體層2用于向有源層3注入電子，第二Ⅲ族氮化物半導體層4用于向有源層3注入空穴。襯底1中與層疊第一Ⅲ族氮化物半導體層2的表面相反的表面焊接在散熱基板上。

具體地，第一電極7與第一Ⅲ族氮化物半導體層2電連接，第二電極8與透明導電層6電連接。

可選地，Ⅱ-Ⅵ族半導體層5中的Ⅱ族元素可以為Be、Mg、Ca、Zn、Sr、Ba、Cd、Hg中的一種或多種，Ⅱ-Ⅵ族半導體層5中的Ⅵ族元素可以為O、S、Se、Te中的一種或多種。

可選地，Ⅱ-Ⅵ族半導體層5中摻雜的p型摻雜劑可以為Ⅰ族元素或者Ⅴ族元素，Ⅰ族元素用于替代Ⅱ組元素形成空穴，Ⅴ族元素用于替代Ⅵ族元素形成空穴。

可選地，Ⅰ族元素可以為H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr中的任一種，Ⅴ族元素可以為N、P、As、Sb、Bi、Mc中的任一種。

可選地，襯底1可以為藍寶石襯底或者碳化硅襯底。

可選地，第一Ⅲ族氮化物半導體層2可以為摻雜有n型摻雜劑的GaN層，或者不摻雜的GaN層。

可選地，有源層3可以包括N層量子阱層和N+1層量子壘層，量子阱層和量子壘層交替層疊，N為正整數(shù)。

可選地，第二Ⅲ族氮化物半導體層4可以為摻雜有p型摻雜劑的GaN層，或者不摻雜的GaN層。

可選地，透明導電層6可以為氧化銦錫(英文：Indium tin oxide，簡稱ITO)、摻鎵的氧化鋅(英文：Gallium doped Zinc Oxide，簡稱GZO)、摻鋁的氧化鋅(英文：Aluminum Zinc Oxide，簡稱AZO)、石墨烯中的任一種，具有高透光率和高導電性，有利于提高發(fā)光二極管的發(fā)光亮度。

可選地，第一電極7的材料可以采用Ti、Al、Ni、Pt、Au、Cr、Ag、Pd中的一種或多種，第二電極8的材料可以采用Ti、Al、Ni、Pt、Au、Cr、Ag、Pd中的一種或多種。

本發(fā)明實施例通過Ⅱ-Ⅵ族半導體層極大地提高了空穴濃度，同時透明導電層促進了電流的擴散，從而極大地提高空穴注入效率、降低LED工作電壓，顯著改善LED的外量子效率在大的電流注入下的衰減問題。而且還可以提高光線的透過率、以及LED的發(fā)光亮度。

實施例二

本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的制造方法，適用于制造實施例一提供的發(fā)光二極管，參見圖2，該制造方法包括：

步驟201：在襯底上依次生長第一Ⅲ族氮化物半導體層、有源層、第二Ⅲ族氮化物半導體層。

在本實施例中，第一Ⅲ族氮化物半導體層用于向有源層注入電子，第二Ⅲ族氮化物半導體層用于向有源層注入空穴。

可選地，襯底可以為藍寶石襯底或者碳化硅襯底。

可選地，第一Ⅲ族氮化物半導體層可以為摻雜有n型摻雜劑的GaN層，或者不摻雜的GaN層。

可選地，有源層可以包括N層量子阱層和N+1層量子壘層，量子阱層和量子壘層交替層疊，N為正整數(shù)。

可選地，第二Ⅲ族氮化物半導體層可以為摻雜有p型摻雜劑的GaN層，或者不摻雜的GaN層。

具體地，該步驟201可以包括：

采用金屬有機化合物化學氣相沉淀(英文：Metal Organic Chemical Vapor Deposition，簡稱MOCVD)技術在襯底上依次生長第一Ⅲ族氮化物半導體層、有源層、第二Ⅲ族氮化物半導體層。