一种氮化镓系发光二极管制造技术

一种氮化镓系发光二极管，包括：一衬底；一氮化镓成核层，该氮化镓成核层制作在衬底上；一缓冲层制作在成核层上；一ｎ型接触层制作在缓冲层上，该ｎ型接触层由ｎ型氮化镓构成；一活性发光层制作在ｎ型接触层上并覆盖所述ｎ型接触层的部分表面，所述活性发光层是由铟镓氮薄层和氮化镓薄层交互层叠形成的多周期的量子阱结构构成；一ｐ型电子阻挡层制作在活性发光层上，其下为氮化镓薄层，该ｐ型电子阻挡层由铝镓氮构成；一ｐ型铟镓氮插入层制作在ｐ型电子阻挡层上；一ｐ型接触层制作在ｐ型铟镓氮插入层上，该ｐ型接触层由ｐ型氮化镓构成；一负电极制作在制作在ｎ型接触层的台面上；一正电极制作在ｐ型接触层上，完成氮化镓系发光二极管的制作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氮化镓(GaN)系发光二极管，特别是涉及一种具有低温低铟组分 P型铟镓氮插入层的氮化镓系发光二极管。
技术介绍
目前III-V族半导体光电材料被誉为第三代半导体材料。而GaN系发光二极管， 由于可以通过控制材料的组成来制作出各种色光(尤其是需要高能隙的蓝光或紫光)的发 光二极管(简称为“LED” )，而成为业界研究的重点。以GaN为基础的半导体材料或器件的外延生长目前主要采用MOCVD技术。在利用 MOCVD技术生长氮化物半导体(GaN、A1N、InN及它们的合金氮化物)的工艺中，由于没有 与GaN晶格匹配的衬底材料，故通常采用蓝宝石作为衬底进行异质外延。然而，在蓝宝石与 氮化物半导体之间存在较大的晶格失配(-13.8% )和热膨胀系数的差异，于是生长没有龟 裂、表面平整的高质量氮化物半导体非常困难。目前最有效的外延生长方法通常采用两步 外延生长法(参见H. Amano, N. Sawaki和Y. Toyoda等，“使用AlN缓冲层的高质量GaN薄膜 的金属有机气相外延生长”，Appl. Phys. Lett. 48 (5)，353 (1986) ；S. Nakanura 等，“具有 GaN 缓冲层的高质量的P型GaNiMg薄膜的生长”，Jpn. J. Appl. Phys. 30，L1708 (1991)；以及中国 专利No. CN1508284A)，该方法主要包括如下步骤先在低温下(如500°C )生长一层很薄的 成核层；然后升温退火，在该成核层上直接生长未掺杂的GaN缓冲层；接着在该缓冲层上， 生长η型GaN欧姆接触层；然后在700°C至850°C的温度下生长InGaN/GaN多量子阱(MQWs) 有源层；在GaN量子垒生长结束后接着在1000°C左右的高温下，生长ρ型AlGaN电子阻挡 层；最后生长P型GaN欧姆接触层，制作ρ型欧姆接触透明电极和η型欧姆接触电极。然而，上述LED生长技术存在正向工作电压高以及发光强度没有显著增强的缺 陷。造成上述问题的主要原因包括如下三个方面。首先，AlGaN的晶格常数与InGaN/GaN多 量子阱的晶格常数的差异较大，而它们之间的晶格失配会在InGaN/GaN多量子阱有源区内 产生很大的压应力。晶格失配造成的压应力一方面会因具有较强压电特性的III族氮化物 而在多量子阱有源区内形成较大的压应变电场(即压电场效应(piezo-electrical field effect))，而压电场效应的存在将使得电子与空穴的波函数在空间上分离，从而引起辐射 复合强度的减弱。此外，上述压应变造成的机械应力还会进一步劣化外延层的质量，从而对 器件的发光强度产生影响。更为主要的是，由于ρ型AlGaN和ρ型GaN接触层中Mg的激活能都比较大(一般 PAlGaN为215meV，pGaN为175eV)，常温下只有少量的Mg被激活，空穴浓度很低。这样造 成的直接结果是pn结结区位置大部分落在ρ型区内，而活性发光层因为垒层掺杂成为η型 区，只有少量的量子阱位于Pn结区内参与发光，因此发光强度不大。要使LED的发光强度 增大，就要增加参与发光的量子阱个数，即调节Pn结位置向η区移动，唯一可行的办法就是 增加P区的空穴浓度。我们在ρ型铝镓氮电子阻挡层之后插入ρ型铟镓氮，一方面因为Mg在铟镓氮中的3激活能比较低，常温下可以产生更多的空穴；另一方面，因为铟镓氮和铝镓氮之间晶格差异 更大，由于压应变会在界面处产生很高的空穴浓度，两方面的作用使得P区空穴浓度得到 增加，从而调节pn结的位置向η区移动，使得参与发光的量子阱数量增加。值得注意的是该 P型铟镓氮插入层的铟组分不能过高，否则有源区发出的光将被该层强烈吸收，使得发光效 率降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氮化镓系发光二极管，其可以调节pn结结区位置、增 加参与发光的量子阱周期数，使得发光二极管的发光强度增加。本专利技术提供一种氮化镓系发光二极管，其包括一衬底；一氮化镓成核层，该氮化镓成核层制作在衬底上；一缓冲层，该缓冲层制作在氮化镓成核层上；一 η型接触层，该η型接触层制作在缓冲层上，该η型接触层由η型氮化镓构成；一活性发光层，该活性发光层制作在η型接触层上并覆盖所述η型接触层一侧的 部分表面，使该η型接触层的另一侧形成一台面，所述活性发光层是由铟镓氮薄层和氮化 镓薄层交互层叠形成的多周期的量子阱结构构成；一 ρ型电子阻挡层，该P型电子阻挡层制作在活性发光层的氮化镓薄层上，该P型 电子阻挡层由铝镓氮构成；一 P型铟镓氮插入层，该P型铟镓氮插入层制作在P型电子阻挡层上；一 P型接触层，该P型接触层制作在ρ型铟镓氮插入层上，该P型接触层由P型氮 化镓构成；一负电极，该负电极制作在η型接触层的台面上；一正电极，该正电极制作在ρ型接触层上，完成氮化镓系发光二极管的制作。 附图说明为进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合附图和具体实施方式对本专利技术进行更 详细的说明，其中图1是根据本专利技术的具有ρ型铟镓氮插入层的GaN系发光二极管。图2是现有的以及根据本专利技术的氮化镓系发光二极管的正向注入电流与发光强 度I-L曲线，其中方块线条为本专利技术的具有ρ型铟镓氮插入层的氮化镓系LED ；三角线条为 现有的没有P型铟镓氮插入层的氮化镓系LED。具体实施例方式请参阅图1所示，本专利技术提供一种氮化镓系发光二极管，其包括一衬底11，以(0001)向蓝宝石(Al2O3)为衬底11，其他可用于衬底11的材质还包 括R-面或A-面的氧化铝单晶、6H-SiC、4H-SiC、或晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧 化物。制备中采用高纯NHJt N源，高纯H2和N2的混合气体作载气；三甲基镓或三乙基镓 作Ga源，三甲基铟作In源，三甲基铝作Al源；η型掺杂剂为硅烷，ρ型掺杂剂为二茂镁。一氮化镓成核层12，该氮化镓成核层12制作在衬底11上。生长参数包括反应 温度500°C至800°C，反应腔压力200至500Torr，载气流量10-30升/分钟，三甲基镓流量 20-250微摩尔/分钟，氨气流量20-80摩尔/分钟，生长时间1_10分钟；一缓冲层13，该缓冲层13制作在氮化镓成核层12上。生长参数包括反应温度 950-1180°C，反应腔压力76-250Torr，载气流量5_20升/分钟，三甲基镓流量为80-400微 摩尔/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟，生长时间20-60分钟；一 η型接触层14，该η型接触层14制作在缓冲层13上，该η型接触层14由η型 氮化镓构成。生长参数包括反应温度950-1150°C，反应腔压力76-250Torr，载气流量5-20 升/分钟，三甲基镓流量80-400微摩尔/分钟，氨气流量200-800摩尔/分钟，硅烷流量 0. 2-2. 0纳摩尔/分钟，生长时间10-40分钟；—活性发光层15，该活性发光层15制作在η型接触层14上并覆盖所述η型接触层 14 一侧的部分表面，使该η型接触层14的另一侧形成一台面141，所述活性发光层15是由 铟镓氮薄层151和氮化镓薄层152交互层叠形成的多周期的量子阱结构构成。生长参数包 括GaN薄层(即垒层152)反应温度700-900°C，反应腔压力100_500Torr，载气流量5_本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓系发光二极管，其包括：一衬底；一氮化镓成核层，该氮化镓成核层制作在衬底上；一缓冲层，该缓冲层制作在氮化镓成核层上；一ｎ型接触层，该ｎ型接触层制作在缓冲层上，该ｎ型接触层由ｎ型氮化镓构成；一活性发光层，该活性发光层制作在ｎ型接触层上并覆盖所述ｎ型接触层一侧的部分表面，使该ｎ型接触层的另一侧形成一台面，所述活性发光层是由铟镓氮薄层和氮化镓薄层交互层叠形成的多周期的量子阱结构构成；一ｐ型电子阻挡层，该ｐ型电子阻挡层制作在活性发光层的氮化镓薄层上，该ｐ型电子阻挡层由铝镓氮构成；一ｐ型铟镓氮插入层，该ｐ型铟镓氮插入层制作在ｐ型电子阻挡层上；一ｐ型接触层，该ｐ型接触层制作在ｐ型铟镓氮插入层上，该ｐ型接触层由ｐ型氮化镓构成；一负电极，该负电极制作在ｎ型接触层的台面上；一正电极，该正电极制作在ｐ型接触层上，完成氮化镓系发光二极管的制作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马平，王军喜，刘乃鑫，路红喜，王国宏，曾一平，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]