本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片包括襯底，在襯底上依次生長的緩沖層、N型層、多量子阱層和P型層。隨著發(fā)光二極管的應(yīng)用越來越廣泛，其對于發(fā)光二極管的亮度需求也相應(yīng)提升。而目前，除了持續(xù)調(diào)整量子阱發(fā)光層的技術(shù)工藝外，如何降低P型厚度，進(jìn)而降低吸光效應(yīng)也是主要重點，但厚度的下降將帶來抗靜電能力的下降及電壓上升，因此如何控制P型材料及阻值是目前研究的一個重要內(nèi)容。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明采用在P型層中加入三乙基鎵生長的能帶變形層，利用三乙基鎵生長的材料層碳含量低的特性，使得能帶變形層與相鄰層接觸面上能帶彎曲，增強P型層的二維空穴氣濃度，降低P型層的電阻，進(jìn)而降低發(fā)光二極管的電壓。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，依次包括襯底、底層、N型層、發(fā)光層和P型層，其特征在于：所述P型層由電子阻擋層、至少一層能帶變形層和空穴注入層組成，所述能帶變形層插入于電子阻擋層之內(nèi)或位于電子阻擋層與空穴注入層之間或插入于空穴注入層之內(nèi)或位于空穴注入層之上；所述能帶變形層為碳雜質(zhì)含量不高于5×10¹⁶cm^-3的非P型層；所述低碳雜質(zhì)含量使得能帶變形層的能帶彎曲，增加能帶變形層與相鄰層的接觸界面上二維空穴氣濃度。

優(yōu)選的所述能帶變形層插入于空穴注入層之內(nèi)或位于空穴注入層之上時，與空穴注入層的厚度關(guān)系滿足1:1～1:10。

優(yōu)選的，所述能帶變形層為非摻雜層或N型摻雜層。

優(yōu)選的，所述能帶變形層為N型摻雜層時，N型雜質(zhì)濃度小于或等于8×10¹⁶cm^-3。

優(yōu)選的，所述能帶變形層為包含銦元素的非摻雜氮化銦鎵層。

優(yōu)選的，所述電子阻擋層為pAlGaN單層或pAlGaN / pGaN超晶格結(jié)構(gòu)或pAlGaN / pInGaN/pGaN超晶格結(jié)構(gòu)或pAlGaN / pInGaN超晶格結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述能帶變形層厚度為1埃～10埃。

優(yōu)選的，所述能帶變形層為厚度漸變層或厚度均勻?qū)印?/p>

本發(fā)明同時提出一種氮化鎵基發(fā)光二級管的制備方法，包括如下步驟：

提供一襯底；

于所述襯底表面沉積底層；

于所述底層表面沉積N型層；

于所述N型層表面沉積發(fā)光層；

于所述發(fā)光層表面沉積P型層；

其特征在于：所述P型層的沉積步驟包括電子阻擋層、至少一層能帶變形層和空穴注入層的沉積；具體地，采用三乙基鎵作為鎵源于電子阻擋層之內(nèi)或電子阻擋層與空穴注入層之間或空穴注入層之內(nèi)或空穴注入層之上生長非P型的能帶變形層，所述能帶變形層的碳雜質(zhì)含量不高于5×10¹⁶cm^-3；所述低碳雜質(zhì)含量使得能帶變形層的能帶彎曲，增加能帶變形層與相鄰層的接觸界面上二維空穴氣濃度。

優(yōu)選的，所述能帶變形層為非摻雜層或N型摻雜層。

優(yōu)選的，所述能帶變形層為N型摻雜層時，N型雜質(zhì)濃度小于或等于8×10¹⁶cm^-3。

優(yōu)選的，所述能帶變形層為包含銦元素的非摻雜氮化銦鎵層。

本發(fā)明至少具有以下有益效果：

本發(fā)明采用在P型層中加入三乙基鎵生長的能帶變形層，利用三乙基鎵生長的材料層碳含量低的特性，使得能帶變形層與相鄰層接觸面上能帶彎曲，增強P型層的二維空穴氣濃度，降低P型層的電阻，進(jìn)而降低發(fā)光二極管的電壓。

同時，還可在能帶變形層中適當(dāng)摻入N型雜質(zhì)或銦元素，進(jìn)一步降低能帶變形層的勢能，從而增加所述接觸面上能帶彎曲程度，強化P型層的二維空穴氣濃度。

此外，由于能帶變形層的結(jié)構(gòu)能帶與相鄰的電子阻擋層和/或空穴注入層的結(jié)構(gòu)能帶差異較大，從而在器件被注入電流時，使得電流分布的均勻性增加，發(fā)光均勻性亦提升。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。

圖1為本發(fā)明實施例之氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖一。

圖2為本發(fā)明實施例之氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖二

圖3為本發(fā)明實施例之氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖三。

圖4為本發(fā)明實施例之氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖四。

圖5為本發(fā)明實施例之氮化鎵基發(fā)光二極管制備方法流程示意圖。

圖6為本發(fā)明實施例之氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖五。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

實施例1

參看圖1，對于本發(fā)明實施的一種氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及其制備方法，下面進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)包括襯底100、底層200、N型層300、發(fā)光層400和P型層500。其中，襯底100的選取包括但不限于藍(lán)寶石、氮化鋁、氮化鎵、硅、碳化硅，其表面結(jié)構(gòu)可為平面結(jié)構(gòu)或圖案化結(jié)構(gòu)。在本實施例中，采用圖案化藍(lán)寶石襯底。P型層500由電子阻擋層510、至少一層能帶變形層520及空穴注入層530組成，其中，電子阻擋層510可選擇為包含Al元素的單層pAlGaN結(jié)構(gòu)或為pAlGaN / pGaN超晶格結(jié)構(gòu)或為pAlGaN / pInGaN/pGaN超晶格結(jié)構(gòu)或為pAlGaN / pInGaN超晶格結(jié)構(gòu)，本實施例優(yōu)選單層pAlGaN結(jié)構(gòu)；而空穴注入層530可選擇為pGaN單層結(jié)構(gòu)。本實施例中，當(dāng)能帶變形層520為單層結(jié)構(gòu)并位于電子阻擋層510與空穴注入層530之間時，其厚度為1?！?00埃，進(jìn)一步的，選擇其厚度為1?！?0?；?0?！?0?；?0埃～80?；?0?！?00埃。能帶變形層520為碳雜質(zhì)含量不高于5×10¹⁶cm^-3的非P型層，此處為非摻雜氮化鎵uGaN層；由于該層低碳雜質(zhì)含量的特性使得能帶變形層520的能帶彎曲，從而增加能帶變形層520與相鄰電子阻擋層510及空穴注入層530的接觸界面上二維空穴氣濃度。同時，由于能帶變形層520與相鄰的電子阻擋層510及空穴注入層530的結(jié)構(gòu)能帶差異較大，空穴注入層530亦改善了電流分布均勻性，從而提升發(fā)光二極管的出光均勻性。

繼續(xù)參看附圖1及附圖5，為實現(xiàn)前述發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提出一種氮化鎵基發(fā)光二極管的制備方法，具體為：提供一襯底100，于襯底100表面沉積底層200；于底層200表面沉積N型層300；于N型層300表面沉積發(fā)光層400；最后于發(fā)光層400表面沉積P型層500；其中，P型層500的沉積步驟包括電子阻擋510、至少一層能帶變形層520及空穴注入層530的沉積，其中，電子阻擋層510可選擇為包含Al元素的單層pAlGaN結(jié)構(gòu)；而空穴注入層530可選擇為pGaN單層結(jié)構(gòu)。本實施例中能帶變形層520為單層結(jié)構(gòu)，位于電子阻擋層510與空穴注入層530之間。能帶變形層520為采用三乙基鎵作為沉積的鎵源，而由于三乙基鎵的碳含量低于現(xiàn)有技術(shù)中沉積P型層所使用的三甲基鎵，因此本方法生長的能帶變形層520的碳雜質(zhì)含量不高于5×10¹⁶cm^-3，而此低碳雜質(zhì)含量的特性使得能帶變形層520的能帶產(chǎn)生彎曲，這是因為碳雜質(zhì)在氮化鎵層中起施主作用，致使該層呈現(xiàn)弱p型，當(dāng)使用三乙基鎵作為鎵源時，該層碳雜質(zhì)含量低，使得能帶變形層520與相鄰接觸層的勢能差異較大，從而造成能帶變形層520的能帶彎曲，增加能帶變形層520與相鄰層的接觸界面上二維空穴氣濃度，減小P型層500的接觸電阻，進(jìn)而降低發(fā)光二極管的電壓。

參看附圖2，作為本實施例的一變形實施例，能帶變形層520位于空穴注入層530之上，亦可作為空穴注入層530的組成部分，即形成的空穴注入層510為pGaN/u-GaN周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為1～10。其中，空穴注入層530厚度為1?！?00埃，能帶變形層520厚度為1?！?00埃，調(diào)節(jié)能帶變形層520與空穴注入層530的厚度比例滿足1:1～1:10，且能帶變形層520可為厚度漸變層或厚度均勻?qū)?，?dāng)其為厚度漸變層時優(yōu)選厚度由下（臨近空穴注入層510）向上（發(fā)光二極管上表面）依次遞增，使得空穴更集中于空穴注入層530區(qū)域。同時增大能帶變形層520與空穴注入層530的勢能差異，增強能帶變形層的彎曲程度，強化兩層接觸面上空穴氣濃度。

參看附圖3，作為本實施例的另一變形實施例，能帶變形層520插入于電子阻擋層510之內(nèi)（將電子阻擋層510分割為多層結(jié)構(gòu)511、512），此處電子阻擋層510為包含Al元素的單層pAlGaN結(jié)構(gòu)，增加空穴氣濃度的同時亦改善電子阻擋層510的電流擴(kuò)展性能。

參看附圖4，作為本實施例的另一變形實施例，能帶變形層520插入于空穴注入層530之內(nèi)（將空穴注入層530分割為多層結(jié)構(gòu)[U1] 、532），且為優(yōu)化該層對電流的擴(kuò)展效果，本實施例優(yōu)選能帶變形層520與空穴注入層的厚度關(guān)系滿足1:1～1:10，因為當(dāng)能帶變形層較厚時，其電阻亦較大，從而增加發(fā)光二極管的電壓；而當(dāng)其厚度較小時，對于電流擴(kuò)張效果降低，以及能帶變形程度降低，進(jìn)而降低了二維空穴氣的濃度。

實施例2

繼續(xù)參看附圖1～5，本實施例與實施例1的區(qū)別在于：對能帶變形層520進(jìn)行N型摻雜，其雜質(zhì)濃度小于或等于8×10¹⁶cm^-3，摻雜方式為周期性、漸變性摻雜、波段性摻雜，進(jìn)一步增強能帶變形層520的彎曲程度，強化二維空穴氣的濃度。

實施例3

繼續(xù)參看附圖1～5，本實施例與實施例1的區(qū)別在于：對能帶變形層520中添加銦元素，形成勢能更低的非摻雜的u-InGaN材料層或N型摻雜的n-InGaN材料層，進(jìn)一步擴(kuò)大能帶變形層520與相鄰電子阻擋層510和/或空穴注入層530的勢能差異，增加能帶變形層520的彎曲程度，強化二維空穴氣的濃度。

實施例4

繼續(xù)參看附圖5和6，本實施例與實施例1～3的區(qū)別在于電子阻擋層510為pAlGaN / pGaN超晶格結(jié)構(gòu)或為pAlGaN / pInGaN/pGaN超晶格結(jié)構(gòu)或為pAlGaN / pInGaN超晶格結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為1～10；而空穴注入層530為pGaN/u-GaN周期性結(jié)構(gòu)或為pGaN/n-GaN周期性結(jié)構(gòu)或為pGaN/u-InGaN周期性結(jié)構(gòu)或為pGaN/n-InGaN周期性結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為1～10；能帶變形層520插入于每一周期電子阻擋層510或空穴注入層530之內(nèi)或每一周期與周期之間，增加P型層的能帶變化程度，強化二維空穴氣的濃度，降低P型層的接觸電阻。

很明顯地，本發(fā)明的說明不應(yīng)理解為僅僅限制在上述實施例，而是包括利用本發(fā)明構(gòu)思的所有可能的實施方式。