其有源區(qū)包括InN層的發(fā)光二極管的制作方法
【專利摘要】一種發(fā)光二極管(100)，包括n摻雜InXnGa(1?Xn)N層(102)和p摻雜InXpGa(1?Xp)N層(104)以及有源區(qū)(105)，有源區(qū)(105)設(shè)置在所述InXnGa(1?Xn)N層和所述InXpGa(1?Xp)N層之間，并且所述有源區(qū)(105)包括：厚度為eInN106的第一InN層(106)；厚度為eInN108的第二InN層(108)；位于InN層之間的分隔層(110)，所述分隔層(110)包括InXbGa(1?Xb)N并且厚度小于3nm；設(shè)置在所述InXnGa(1?Xn)N層與所述第一InN層之間的InX1Ga(1?X1)N層(112)；設(shè)置在所述InXpGa(1?Xp)N層與所述第二InN層之間的InX2Ga(1?X2)N層(114)；其中，銦組分Xn、Xp、Xb、X1和X2在0到0.25之間，并且其中，所述厚度eInN106和eInN108滿足eInN106＜eInN108。
【專利說明】
其有源區(qū)包括I nN層的發(fā)光二極管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及發(fā)光二極管（（Light Emitting Diodes，LED)領(lǐng)域以及包括這種LEDs 的發(fā)光設(shè)備（屏幕、投影儀、屏幕墻等）的領(lǐng)域。本發(fā)明可有利地適用于在對應(yīng)于綠色和/或 紅色的波長范圍（即在約500nm到700nm之間的波長范圍）中發(fā)射的LED。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在對應(yīng)于綠色的波長范圍內(nèi)發(fā)光的LED主要由InGaN量子阱制造，該InGaN量 子阱包含大量的銦組分，該銦組分相對于鎵約高出25 %。這種LED例如在文獻(xiàn)US 2013/ 0028281 Al中以及H.趙等人發(fā)表于2011年《光學(xué)快報》19卷S4期A991-A1007頁中的文獻(xiàn) "Approaches for high internal quantum efficiency green InGaN light-emitting diodes with large overlap quantum wells(實(shí)現(xiàn)具有大量重疊量子講的高內(nèi)部量子效 率的綠色I(xiàn)nGaN發(fā)光二極管的方法)"中進(jìn)行了描述。
[0003] 這些LED存在的問題之一是這種InGaN量子阱中存在合金分層，由于該合金分層產(chǎn) 生的缺陷而使得在該量子阱內(nèi)無法得到良好的輻射效率。這些LED存在的另一個問題有關(guān) 于GaN阻擋層(阻擋層之間為量子阱)與InGaN量子阱之間存在的高應(yīng)力，該應(yīng)力來自于這兩 種材料之間的晶格常數(shù)差并且導(dǎo)致在量子阱中形成缺陷，例如位錯。該應(yīng)力還傾向于促進(jìn) InGaN量子講分層。
[0004] 為了減少量子阱中的位錯，A. Yoshikawa等人發(fā)表于《應(yīng)用物理快報》90,073101 (2007)的文南犬"Proposal and achievement of novel structure InN/GaN multiple quantum wells consisting of IML and fractional monolayer InN wells inserted i n GaN ma tr i x (由被插入GaN矩陣中的I ML厚的I nN講和分?jǐn)?shù)單層I nN講所組成的新型結(jié)構(gòu) InN/GaN多重量子阱的成果和建議)"中描述了多重量子阱LED，每個量子阱由厚度等于一個 或兩個單層的InN層形成，設(shè)置在兩個GaN阻擋層之間的每個InN層的厚度約為15nm。圖1示 出了LED中每cm 3, s所得到的對數(shù)尺度上的輻射復(fù)合率，該LED包括由InN層形成的量子阱， 該InN的厚度等于2個單層并且被設(shè)置在兩個GaN阻擋層之間，每個GaN阻擋層的厚度約等于 10nm。但是，在該圖中可以看出，InN層中的輻射復(fù)合率與位于LED的η側(cè)上的GaN阻擋層的輻 射復(fù)合率具有相同的量級，并且InN層中的輻射復(fù)合率相對較低（復(fù)合率的量級為10 21. cm '?Γ1)，這是因?yàn)镮nN層中的能態(tài)密度很低。此外，采用這樣的量子阱，很難在對應(yīng)于綠色波 長范圍中發(fā)光。
[0005] 為了克服上述LED的發(fā)射波長范圍的問題，A. Yuki等人發(fā)表于《固體物體》第6章第 二節(jié)中S417-S420頁（2009)的文獻(xiàn)"1-2ML thick InN-based quantum wells with InGaN barriers for blue-green light emitters(具有用于藍(lán)-綠光發(fā)射器的InGaN阻擋層的I-2ML厚的基于InN的量子阱)"建議不使用GaN阻擋層來分離不同的量子阱，而是由厚度約等 于IOnm的InGaN阻擋層來分離不同的量子阱。使用InGaN作為不同量子阱之間的阻擋層能夠 增長LED所發(fā)射的波長值。
[0006] 圖2示出了由InN層形成的量子阱中每cm3, s所得到的對數(shù)尺度上的輻射復(fù)合率， InN的厚度等于2個單層的InN層并且設(shè)置在兩個Ino.2Gao.8N阻擋層之間，每個Ino.2Gao.8N阻 擋層的厚度約等于l〇nm。但是，對于參照圖1中示出的量子阱的輻射復(fù)合率，InN層中的輻射 復(fù)合率在本申請中也與位于LED的η側(cè)上的InGaN阻擋層的輻射復(fù)合率具有相同的量級，并 且該InN層中的輻射復(fù)合率相對較低(復(fù)合率的量級為IO 21. cnf3. ?Γ1)，這是因?yàn)镮nN層中的 能態(tài)密度很低。
[0007] 文獻(xiàn)US 2011/0204328 Al描述了一種對稱量子阱，該對稱量子阱包括InN中間層， 該InN中間層設(shè)置在兩個InGaN阻擋層之間。如前所述，InN層中極低的能態(tài)密度使得無法獲 得滿意的輻射復(fù)合率來在所期望的波長范圍中得到充分的發(fā)射。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的一個目的在于提供一種發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管使得能夠得到更高的 輻射復(fù)合率并且因此能夠得到更高的發(fā)射效率(尤其是在對應(yīng)于綠色或紅色的波長范圍 內(nèi)），同時避免發(fā)光二極管的有源區(qū)中的缺陷與合金分層問題。
[0009] 為此，本發(fā)明提供了 一種發(fā)光二極管，包括至少一個η摻雜InxnGa(I-Xn)N層和p摻雜 InxpGa(I-Xp)N層以及有源區(qū)，η摻雜InxnGa(I-X n)N層和ρ摻雜InxpGa(I-Xp)N層共同形成二極管的 ρ-η結(jié)，有源區(qū)位于η摻雜InxnGa(I-Xn)N層和ρ摻雜InxPGa(i-x P)N層之間，并且有源區(qū)中能夠產(chǎn) 生輻射復(fù)合，有源區(qū)至少包括：
[0010] -厚度為em_6的第一 InN層；
[0011] -厚度為ein_的第二InN層；
[0012] -設(shè)置在第一 lnN層和第二lnN層之間的分隔層，以致第一 lnN層設(shè)置在分隔層和n 摻雜InxnGa(I-Xn)N層之間，分隔層包括InxbGa(i-xb)N并且厚度小于或等于約3nm;
[0013]-設(shè)置在η摻雜InxnGa(I-Xn)N層與第一InN層之間的InxiGa(i-χι)Ν層；
[0014]-設(shè)置在ρ摻雜InxPGa(i-xP)N層與第二InN層之間的Inx2Ga(i-x2)N層；
[0015] 其中，銦組分父11、父1)、父1^1和父2在0到約0.25之間，并且其中，厚度61禮() 6和6111_8滿 /￡einN106 < einN108 〇
[0016]由于隔開兩個InN層的分隔層的厚度很薄，因此電荷載流子能夠容易地從一個InN 層轉(zhuǎn)移至另一個InN層。因此，位于二極管的ρ側(cè)的第二InN層形成了空穴儲備，這些空穴能 夠容易地轉(zhuǎn)移至位于二極管的η側(cè)的第一 InN層。第一 InN層中所得到的電子濃度與空穴濃 度基本相等，這能夠使得該第一 InN層中具有很高的輻射復(fù)合率，并且因此使得這種二極管 比現(xiàn)有技術(shù)中的二極管具有更高的發(fā)射效率。此外，就使用的材料而言，實(shí)現(xiàn)了在對應(yīng)于綠 色或紅色波長范圍內(nèi)的發(fā)光。最后，實(shí)現(xiàn)這種極優(yōu)的發(fā)射效率無需借助于銦濃度較高的 InGaN，這能夠避免發(fā)光二極管的有源區(qū)中的合金分層和缺陷問題。
[0017]用于隔開兩個InN層的分隔層的厚度小于或等于3nm，因此使得能夠得到非對稱的 隧道效應(yīng)，即電子被限制在第一InN層(位于η摻雜InxnGa(I-Xn)N層側(cè)的InN層）中，而空穴能夠 從第二InN層(位于ρ摻雜Inx pGa(I-Xp)N層側(cè)的InN層)轉(zhuǎn)移至第一 InN層。第二InN層形成了空 穴儲備，并且第一 InN層形成了二極管的發(fā)射層。
[0018]厚度einN106和einN108在1個單層到3個單層之間，并且有利地在1個單層至|J2個單層之 間。
[0019]當(dāng)?shù)谝?InN層和第二InN層中的的一個或每個所具有的厚度在2個單層到3個單層 之間時，銦組分Xb可以大于或等于約0.15。當(dāng)銦組分Xb小于約0.15時，所述第一 InN層和第 二InN層中的一個或每個的厚度可以小于或等于2個單層。
[0020] 厚度einNi〇6和einNi〇8可以滿足61_1〇6<61_1〇8。該配置能夠加強(qiáng)第一InN層形成發(fā)射 層的功能和第二InN層形成空穴儲備的功能。
[0021] 銦組分Xl和X2可以滿足Π 彡X2。銦組分乂11、乂？、乂13、乂1和乂2可以滿足乂11<乂1<乂2< Xp，這使得電子能夠在有源區(qū)的不同層中均勻地分布。銦組分Xn、Xp、Xb、Xl和X2可以滿足Xn = Xp = O和/或Xl =Xb = X2,這能夠使發(fā)光二極管的制造得到簡化。
[0022] η摻雜InxnGa(1-χη)Ν層的厚度和/或p摻雜InxPGa (1-xP)N層的厚度可以約在20nm到10μ m之間，和/或InxiGa(i-χι)Ν層的厚度和/或Inx2Ga(i-Χ2)Ν層的厚度約在Inm到200nm之間。
[0023] 發(fā)光二極管可以進(jìn)一步包括第一金屬電極和第二金屬電極，第一金屬電極設(shè)置為 靠著η摻雜InxnGa(I-X n)N層，第二金屬電極設(shè)置為靠著p摻雜InxpGa(I-Xp)N層。
[0024] 發(fā)光二極管的有源區(qū)可以包括多于2個InN層，這些InN層中的每一個和與之相鄰 的一個或每個InN層之間由分隔層隔開，該分隔層包括InGaN或GaN并且厚度小于或等于約 3nm〇
[0025] 發(fā)光二極管可以包括多個有源區(qū)，該多個有源區(qū)位于η摻雜InXnGau-x n)N層和p摻雜 InxPGa(i-xP)N層之間，并且在多個有源區(qū)中能夠產(chǎn)生輻射復(fù)合。
[0026]發(fā)光二極管可以進(jìn)一步包括，位于η摻雜InXnGa(1-Xn)N層和有源區(qū)之間的η摻雜 InGaN緩沖層，η摻雜InGaN緩沖層所含有的帶隙能量小于或等于ρ摻雜InxpGa(I-Xp)N的帶隙能 量的約97 %。
[0027] 本發(fā)明還涉及一種用于制造上述發(fā)光二極管的方法，其中，發(fā)光二極管的層是通 過在彼此之上生長制作的多個平面層，或其中，所述發(fā)光二極管的層通過生長徑向或軸向 的納米線來制作。
[0028] 本發(fā)明還涉及包括上述至少一個發(fā)光二極管的發(fā)光設(shè)備。
【附圖說明】
[0029] 在閱讀僅指示性給出的且決非用作限制的示例性實(shí)施例的描述并參照附圖的基 礎(chǔ)上，本發(fā)明將被更好地理解，附圖中：
[0030] 圖1和2示出了在現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)光二極管中所得到的輻射復(fù)合率；
[0031 ]圖3示意性地示出了根據(jù)特定的實(shí)施例的作為本發(fā)明對象的發(fā)光二極管；
[0032]圖4示出了在根據(jù)第一示例性實(shí)施例的作為本發(fā)明對象的發(fā)光二極管的有源區(qū)中 所得到的輻射復(fù)合率；
[0033]圖5示出了在根據(jù)第一示例性實(shí)施例的作為本發(fā)明對象的發(fā)光二極管的有源區(qū)中 所得到的電子濃度和空穴濃度；
[0034]圖6示出了在根據(jù)第二示例性實(shí)施例的作為本發(fā)明對象的發(fā)光二極管中所得到的 輻射復(fù)合率；
[0035] 圖7Α和7Β示意性地示出了由納米線制成的作為本發(fā)明對象的發(fā)光二極管。
[0036] 下文所描述的不同附圖中的相同、相似或等效的部分具有相同的附圖標(biāo)記，以便 于在附圖之間進(jìn)行切換。
[0037] 為了使附圖更加具有可讀性，附圖中所示的不同部分不一定以相同的比例尺繪 制。
[0038] 不同的可能性(變形和實(shí)施例)應(yīng)當(dāng)意味著彼此間并非獨(dú)立并且能夠彼此結(jié)合。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 首先參照圖3,該圖示意性地示出了根據(jù)特定的實(shí)施例的發(fā)光二極管100,或LED 100。在下文所使用的記號InxGa(1-x)N中，X表示材料中的銦組分，即銦相對于材料InxGa(1-x)N 中銦和鎵的總量的比例。
[0040] 1^100包括，該口-11結(jié)由施主濃度約等于3\1018個施主/〇11 3的11摻雜11^1^(1-11^ 層102(也被成為111^ &(141^-11)以及受主濃度約等于2\1019個受主/(3111 3的？摻雜 InxPGa(1-xP)N層104(也被成為InxPGa (1-xP)N-p)形成。這兩個摻雜層102和104各自具有例如約 20nm到ΙΟμπι之間的厚度（沿圖3中所示的Z軸的尺寸）。第一金屬電極101被設(shè)置為靠著 InxnGa(1-χη)Ν-η層102形成LED100的負(fù)極，第二金屬電極103被設(shè)置為靠著Inx PGa(1-χΡ)Ν-ρ層 104并且形成LED 100的正極。通常，InxnGau-χη)Ν-η層102可以具有約在IO17到IO 2q個施主/ cm3之間的施主濃度，并且InxPGa(i-xp)N-p層104可以具有約在IO15到10 2()個受主/cm3之間的受 主濃度。
[0041] LED 100在摻雜層102與104之間包括有源區(qū)105,有源區(qū)105中的輻射復(fù)合引起LED 100的光發(fā)射。
[0042] 有源區(qū)105尤其包括位于InxnGau-χη)Ν-η層102側(cè)的第一InN層106,以及位于 InxPGa(1-χΡ)Ν-ρ 層 104 側(cè)的第二 InN 層 108。1_層106和11^層108彼此由包括11^63(1-1〇_勺薄 分隔層 110 隔開。此外，第 一1111'1層106與11^1^(1-111)1'1-11層102由11^163(1-11)1'1層112隔開，并且 第二 InN 層 108 與 InxPGa(1-χΡ)Ν-ρ 層 104 由 Inx2Ga(1-χ2)Ν 層 114 隔開。
[0043] LED 100的有源區(qū)105的所有層（即圖3的示例中的層106、108、110、112和114)包括 非故意摻雜的材料(具有的剩余施主濃度nnid約等于1017cnf3,或在約IO 16到102()個施主/cm3 之間）。
[0044] 通常，各個銦組分Xl、X2和Xb可以在0到0.25之間（當(dāng)這些銦組分中的一個為零值 時，則與該組分相關(guān)聯(lián)的材料為GaN)。此外，還存在Xl <X2。有利地，銦組分Xl和X2滿足0.05 彡Xl彡0 · 08且0 · 12彡X2彡0 · 2，并且銦組分Xb滿足0 · 05彡Xb彡0 · 2。
[0045] 有利地，層102、112、114和104各自的銦組分乂114^2和乂?滿足乂11<乂1<乂2<父？， 這使得電子能夠均勻地分布在LED 100的有源區(qū)105的各個層中。這些銦組分例如滿足Xn = 0(意味著在該情況下11摻雜層102包括63^11)41=0.05 42 = 0.1且乂？ = 0.18。
[0046] 為了簡化LED 100的制造，可以使得Xn = Xp = 0 (則摻雜層102和104分別包括GaN-n 和GaN-p)和/或使得Xl =Xb = X2,這例如使得能夠采用相同的生長溫度來制造層102、104、 110、112和114和/或采用相同的生長溫度來制造層106和108。
[0047] InN層106和108的厚度（沿圖3中Z軸的尺寸）分別以eIn_6和eIn_ 8表示，并且滿足 einN106^ieinNl()8。厚度einN106和einN108各自在1個單層和3個單層之間（1個InN單層對應(yīng)的厚度 約等于〇· 25nm)，并且優(yōu)選地在1個單層和2個單層之間。然而，當(dāng)厚度ein_6和ein_8中的一 個或每個在2個單層到3個單層之間時，例如可能使得Xb>0.15。在互補(bǔ)的情況下，當(dāng)Xb< 0.15時，該層的厚度或這些層中的每個層的厚度優(yōu)選地小于或等于約2個單層。
[0048]為了使電荷載流子能夠容易地從第二InN層108轉(zhuǎn)移到第一 InN層106,分隔層110 的厚度應(yīng)小于或等于約3nm，并且有利地為小于或等于約2nm。與彼此相鄰的兩個量子阱不 同，InN層106和108均是LED 100的同一個有源區(qū)中的部分，并且二者共同工作以使得LED 100的有源區(qū)105發(fā)光。層112和114的厚度約在Inm到200nm之間。
[0049] 以下對二極管100的第一示例性實(shí)施例進(jìn)行描述。
[0050] η摻雜層102的厚度約等于500nm，并且包括施主濃度約等于3 X IO18個施主/cm3的 GaN-rup摻雜層104的厚度約等于500nm，并且包括受主濃度約等于2 X IO19個受主/cm3的 GaN-p。層112和114各自具有約等于5nm的厚度，并且包括剩余施主濃度nnid約等于IO17CnT 3 的非故意摻雜的GaN(GaN-Iiid)1JnN層106和108各自的厚度約等于2個單層，并且包括InN-nid。最后，分隔層110的厚度約等于Inm并且包括In〇.2Ga〇.8N-nid。
[0051 ] 下文描述的仿真由ATLAS?的SILVACO?仿真軟件完成。
[0052] 圖4示出了在根據(jù)上述的第一示例性實(shí)施例的LED 100的有源區(qū)105的不同層中所 得到的輻射復(fù)合率。圖4中提及了 LED 100的不同層的標(biāo)記，圖4中示出的垂直線象征著LED 100的層間交界面。在該圖中可以看出，在位于GaN-n層102側(cè)的第一InN層106中所得到的最 大輻射復(fù)合率約為1〇 24次復(fù)合.cnf3. ?Γ1，該值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在由位于前述圖1和圖2中的兩個阻 擋層InGaN與GaN之間的單一InN層所形成的量子阱中所得到的約為IO 21次復(fù)合.cnf3. ?Γ1的 復(fù)合率。
[0053] 圖5示出了在根據(jù)上述第一示例性實(shí)施例的LED 100的有源區(qū)105的不同層中所得 到的每cm3中的電子（由標(biāo)記為120的十字形表示)濃度和空穴（由標(biāo)記為122的菱形表示)濃 度。該圖實(shí)際上示出了，在η摻雜層102側(cè)的第一InN層106中，電子濃度和空穴濃度基本相 等，這使得該第一 InN層106中具有較高的輻射復(fù)合率。在位于N摻雜層102側(cè)的第一 InN層 106中所得到的良好的輻射效率特別地得益于在InN層106、108之間使用了薄分隔層110,因 為第二InN層108周圍形成了朝向第一 InN層106的空穴儲備，這些空穴可以從該空穴儲備移 動至第一InN層106內(nèi)。
[0054]以下對LED 100的第二示例性實(shí)施例進(jìn)行描述。
[0055] η摻雜層102具有的厚度約等于500nm，并且包括施主濃度約等于3 X IO18個施主/ cm3的GaN-rup摻雜層104的厚度約等于500nm，并且包括受主濃度約等于2 X IO19個受主/cm3 的GaN-p。層112和114各自具有約等于2nm的厚度，并且包括剩余施主濃度nnid約等于1017cm -3 的非故意摻雜的 InQ.2GaQ.8N(In().2Ga().8N-nid)。兩個 InN 層 106 和 108 均包括 InN-nid。然而， 在該第二示例性實(shí)施例中，InN層106和108具有不同的厚度。因此，位于η摻雜層102側(cè)的第 一 InN層106的厚度約等于1個單層，并且位于ρ摻雜層104側(cè)的第二InN層108的厚度約等于3 個單層。最后，分隔層110的厚度約等于2nm并且包括In〇. 2Ga〇.8N-nid。在根據(jù)第二示例性實(shí) 施例的LED 100中所得到的輻射復(fù)合率在圖6中示出。
[0056] InN層106和108的厚度的這種不對稱性使得能夠促進(jìn)最薄InN層(這里指位于η摻 雜層102側(cè)的第一 InN層106)發(fā)光，因?yàn)樵摰秃穸仁沟媚軌蛟诘谝?InN層106的發(fā)光中進(jìn)行更 好的控制。一方面，第二InN層108的較大厚度使得能夠提高該層保留或吸收空穴的能力，并 且因此增加了第一InN層106中所產(chǎn)生的復(fù)合率。另一方面，對于這種結(jié)構(gòu)而言，由于第一 InN層106更薄，這會導(dǎo)致在不改變第一 InN層106的帶隙（gap)的情況下第一 InN層106中的 躍迀能量的增加，因而獲得波長約等于530nm的對應(yīng)于綠色的高效發(fā)光。
[0057] 在前述所有形式和示例性實(shí)施例中，LED 100的有源區(qū)105可以包括多于兩個InN- nid層，該情況下的這些InN層中的每一個和與之相鄰的一個或每個InN層之間均由與層110 類似的分隔層隔開，并且包括InGaN(這些薄分隔層的每一層中InGaN的銦比例可以彼此相 似或不同。）或GaN。
[0058] 此外，在前述所有形式和示例性實(shí)施例中，能夠使LED 100的摻雜層102和104之間 包括多個有源區(qū)（例如與前述有源區(qū)105相類似），多個有源區(qū)域彼此疊置，并且每個有源區(qū) 包括至少兩個InN層，這至少兩個InN層由與前述分隔層110相類似的薄分隔層隔開。LED則 形成了多重量子阱LED。
[0059] 根據(jù)LED 100的替換性實(shí)施例，可以在η摻雜層102和IrmGau-χυΝ層112之間形成 I nGaN-n緩沖層，該I nGaN-n緩沖層的帶隙能量小于或等于I nxPGa (l-xp) Ν-ρ層104帶隙能量的 約97%。由于InGaN緩沖層的帶隙能量小于或等于ρ摻雜層104帶隙能量的約97%，即該緩沖 層的帶隙比P摻雜層104的帶隙至少低3% (EgbufferSO.97Eg1Q4)，因此該緩沖層造成了LED 100結(jié)構(gòu)的不對稱，并且尤其是LED 100的p-n結(jié)的不對稱。這種不對稱有助于LED 100中的 空穴流動，并且能夠使得在LED 100的有源區(qū)105中得到分布更加均勻的載流子（電子和空 穴）。這導(dǎo)致LED 100的有源區(qū)105能夠更好地發(fā)光，并且因此導(dǎo)致LED 100生成更好的內(nèi)量 子產(chǎn)率。該緩沖層包括InGaN，其中銦組分有利地比p摻雜層104半導(dǎo)體中的銦組分Xp至少高 2.5%〇
[0060] 緩沖層和η摻雜層102可以包括具有相同組分和/或摻雜成分的半導(dǎo)體。因此，所述 η摻雜層102的半導(dǎo)體中的銦組分可與緩沖層半導(dǎo)體中的銦組分相似，和/或η摻雜層102的 半導(dǎo)體中的施主濃度可與緩沖層的η摻雜半導(dǎo)體中的施主濃度相似。
[0061] 可選地，緩沖層的半導(dǎo)體中的銦組分可以隨著緩沖層的厚度而變化，因此形成了 銦組分隨緩沖層厚度變化的梯度。還可以為緩沖層建立(InGa)N/InGaN超網(wǎng)絡(luò)。
[0062] LED 100還可以包括設(shè)置在層114與ρ摻雜層104之間的電子阻擋層，該電子阻擋層 例如包括AlGaN。該電子阻擋層能夠阻止電子穿過p摻雜層104。該電子阻擋層還能夠減小 DROOP效應(yīng)，即當(dāng)LED中的電流密度增加時內(nèi)量子效率損失，該損失在一定程度上歸因于電 流增加時從有源區(qū)105逃逸的電子。
[0063] 這種LED 100的工作沒有考慮結(jié)構(gòu)的朝向，即是否沿著平面c(在存在強(qiáng)內(nèi)電場的 情況下）、平面M以及是否為半極性等。
[0064] LED 100可以被制成圖3所示的平面二極管，即在襯底（圖3中未示出襯底)上形成 的層堆疊，各個層的主面與襯底的平面相平行，即平行于平面(X，Y)。
[0065] 以下對該平面二極管形式的LED 100的示例性實(shí)施例進(jìn)行描述。
[0066] 首先，在約為1000°C的溫度下于藍(lán)寶石襯底上生長厚度約等于2μπι的第一 GaN層， 例如米用M0CVD( "Metal Organic Chemical Vapour Deposition"，金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉 積）。該生長通過形成GaN-n層102來完成，該GaN-n層102摻雜有3 X IO18個施主/cm3的硅且厚 度是大約500nm。之后將溫度降低至約830°C，以生長約IOnm的非故意摻雜的Ino.osGaoiN，從 而形成層112。之后將溫度降低至約600°C，以生長3個非故意摻雜的InN單層，從而形成第一 InN層106。將溫度升高至約720°C，以生長Inm的非故意摻雜的Ino.2Ga〇.8N，從而形成分隔層 110。再次將溫度降低至約600°C，以生長2個非故意摻雜的InN單層，從而形成第二InN層 108。再次將溫度升高至約750°C，以生長IOnm的非故意摻雜的In Q.12GaQ.88N，從而形成層114。 將溫度降低至約730°C，以生長500nm的摻雜鎂的In Q.18GaQ.82N，從而形成層104。之后，將第二 金屬電極103制成在p摻雜層104上的Ni/Au層，并且最后將第一金屬電極101制成在η摻雜層 102上的Ti/Au層(在η摻雜層102從厚度約等于2μπι的第一 GaN層解除固定之后）。
[0067] 可選地，LED 100可以被制成納米線。圖7Α示出了被制成軸向納米線的LED 100,這 些納米線包括由下述內(nèi)容形成的堆:第一電極l〇l、n型半導(dǎo)體(例如鎵)襯底124、使能納米 線的成核層126、n摻雜層102、有源區(qū)105、p摻雜層104以及待生長的第二金屬電極103。絕緣 材料128可以對平行于Z軸而延伸的這些納米線的至少一部分進(jìn)行包圍。
[0068] 圖7B示出了被制成徑向納米線的LED 100,這些納米線包括由下述內(nèi)容形成的堆： 第一電極101、半導(dǎo)體襯底124、成核層126以及η摻雜層102。絕緣部128部分地包圍η摻雜層 102和成核層126。有源區(qū)105(至少由層106、108、110、112和114形成)被制作為至少部分地 包圍η摻雜層102。？摻雜層104被制作為包圍有源區(qū)105。最終，第二電極103通過覆蓋ρ摻雜 層104而制成。
[0069] 除了圖7Α和7Β中所描述的兩個示例性實(shí)施例，這些納米線的結(jié)構(gòu)的順序還可以倒 置，在這種情況下，半導(dǎo)體襯底124(例如為ρ型氮化鎵)上制造有ρ摻雜層104,之后可以對 LED 100的其他元素以與圖7Α和7Β中所述順序相反的順序進(jìn)行布置。.
[0070] 以下對徑向納米線形式的二極管100的示例性實(shí)施例進(jìn)行描述。
[0071 ] 施主濃度約等于3 X IO18個施主/cm3的摻雜硅的GaN納米線通過在藍(lán)寶石襯底上生 長而成，例如通過MOCVD在約1050°C的溫度下進(jìn)行制造，同時在納米線之間形成摻雜硅的 GaN層，該組合體對應(yīng)于第一η摻雜層102。之后將溫度降低至約830°C，以生長約50nm厚的非 故意摻雜InQ. Q5Ga().95N的殼體，從而形成層112。之后將溫度降低至約600°C，以生長厚度約等 于3個非故意摻雜InN單層的殼體，從而形成第一InN層106。將溫度升高至約720°C，以生長 厚度約等于Inm的非故意摻雜In〇. 2Ga〇.8N的殼體，從而形成分隔層110。再次將溫度降低至約 600°C，以生成厚度約等于2個非故意摻雜InN單層的殼體，從而形成第二InN層108。再次將 溫度升高至約750°C，以生長厚度約等于IOnm的非故意摻雜InmGao.88N的殼體，從而形成層 114。這里的有源區(qū)105形成彼此交疊的殼體堆。將溫度升降低約720°C，以生成厚度約等于 500nm的摻雜鎂的Ino.i8Gao.82N的殼體，從而形成ρ摻雜層104。之后，將第二金屬電極103制成 在摻雜Mg的In Q.18Ga〇.82N的殼體上的Ni/Au層，并且之后將第一金屬電極101制成在位于GaN 納米線之間的摻雜Si的GaN層(前述摻雜Si的η摻雜層102)上的Ti/Au層。在沉積金屬電極 101之前，同樣沉積在納米線之間的Ni/Au電極103由針對鎳的氟化反應(yīng)離子刻蝕以及針對 金的KI(煃)化學(xué)刻蝕來進(jìn)行刻蝕。根據(jù)該實(shí)施例，得到了由η摻雜GaN連續(xù)2D層所連接的η摻 雜納米線。在這種情況下，電極與納米線的P型外殼體接觸，并且電極與納米線之間的η型 GaN層接觸。
[0072]以上對于平面型LED 100所提出的厚度、摻雜等不同特性與對于以納米線制成的 LED 100所提出的不同特性相似。以上制造平面型或納米線型LED 100所指示的溫度根據(jù)所 使用的MOVCD設(shè)備而變化。此外，在納米線結(jié)構(gòu)的情況中，溫度可以根據(jù)納米線的直徑、長度 和密度而變化。為了在不同層間的突變交界面上得到近乎充足的銦，可以在生長InGaN之前 預(yù)先將在表面上進(jìn)行銦沉積，和/或可以在生長InGaN之后在表面上進(jìn)行銦蒸發(fā)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種發(fā)光二極管（100)，包括至少一個η摻雜InxnGa(I-Xn)N層（102)和p摻雜Inx pGa(I-Xp)N 層（104)以及有源區(qū)（105)，所述η摻雜InxnGa(I-Xn)N層（102)和所述ρ摻雜Inx PGa(i-xP)N層 (104)共同形成所述發(fā)光二極管（100)的ρ-η結(jié)，所述有源區(qū)（105)設(shè)置在所述η摻雜 InxnGa(1-xn)N層（102)和所述ρ摻雜InxPGa (1-xP)N層（104)之間，并且所述有源區(qū)（105)中能夠 產(chǎn)生輻射復(fù)合，所述有源區(qū)（105)至少包括： -第一InN層（106)，其厚度為ein_6; -第二InN層（108)，其厚度為ein_8; -分隔層（110)，其設(shè)置在所述第一InN層（106)和所述第二InN層（108)之間，以致所述 第一InN層（106)設(shè)置在所述分隔層（110)和所述η摻雜InxnGa(I-Xn)N層（102)之間，所述分隔 層（110)包括InxbGa(i-xb)N并且厚度小于或等于約3nm; -Inx1Ga(H1)N 層（112)，其設(shè)置在所述 η 摻雜 InxnGa(1-xn)N 層（102)與所述第一 InN 層（106) 之間； -Inx2Ga(1-x2)N 層（114)，其設(shè)置在所述 ρ 摻雜 InxPGa(1-xP)N 層（104)與所述第二 InN 層（108) 之間； 其中，銦組分乂114?413、乂1和乂2在0到約0.25之間，并且其中，所述厚度6111_6和61 11_8滿 /￡einN106 < einN108 〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管（100)，其中，所述厚度einNiQ6和einNiQ8在1個單層到 3個單層之間。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管（100)，其中，當(dāng)所述第一InN層（106)和所述第二 InN層（108)中的一個或每個所具有的厚度在2個單層到3個單層之間時，所述銦組分Xb大于 或等于約0.15,或當(dāng)所述銦組分Xb小于約0.15時，所述第一 InN層（106)和所述第二InN層 (108)中的所述一個或每個的厚度小于或等于2個單層。4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管（100)，其中，所述銦組分Xl和X2滿足 Xl彡X2,或者其中，所述銦組分乂114?、乂13 41和乂2滿足乂11<乂1<乂2<乂？，或滿足乂11 = 乂？ = 0 和/或 Xl =Xb = X2。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管（100)，其中，所述η摻雜InxnGa(I-Xn)N 層（102)的厚度和/或所述ρ摻雜InXpGa(1-Χρ)Ν層（104)的厚度約在20nm到ΙΟμπι之間，和/或所 述InxiGa(i-χι)Ν層（112)的厚度和/或所述Inx2Ga(i-Χ2)Ν層（114)的厚度約在Inm到200nm之間。6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管（100)，該發(fā)光二極管（100)進(jìn)一步包 括第一金屬電極（101)和第二金屬電極（103)，所述第一金屬電極（101)設(shè)置為靠著所述η摻 雜Inx nGa(ι-χη)Ν層（102)，所述第二金屬電極（103)設(shè)置為靠著所述ρ摻雜InxpGa(ι-χ Ρ)Ν層 (104)〇7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管（100)，其中，所述有源區(qū)（105)包括 多于2個InN層，每個InN層和與之相鄰的一個或每個InN層之間由分隔層隔開，該分隔層包 括InGaN或GaN并且厚度小于或等于約3nm。8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管（100)，該發(fā)光二極管（100)包括多個 有源區(qū)（105)，該多個有源區(qū)（105)位于所述η摻雜Inx nGau-χη)Ν層（102)和所述ρ摻雜 InxPGa(i-xP)N層（104)之間，并且在該多個有源區(qū)（105)中能夠產(chǎn)生輻射復(fù)合。9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管（100)，該發(fā)光二極管（100)進(jìn)一步包 括η摻雜InGaN緩沖層（110)，所述η摻雜InGaN緩沖層（110)位于所述η摻雜InxnGa(I-X n)N層 (102)和所述有源區(qū)（I05)之間，所述緩沖層（I10)中的η摻雜InGaN所含有的帶隙能量小于 或等于P摻雜I nxPGa (1-Xp) N的帶隙能量的約9 7 %。10.-種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管（100)的方法，其中， 所述發(fā)光二極管（100)的層是通過在彼此之上生長形成的多個平面層，或者其中，所述發(fā)光 二極管（100)的層通過生長徑向或軸向的納米線來形成。
【文檔編號】H01L33/32GK105917476SQ201480046545
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年8月21日
【發(fā)明人】伊凡-克里斯托夫·羅賓, 艾梅麗·迪賽涅
【申請人】原子能和替代能源委員會, 奧雷迪亞