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型接触层上面的一侧刻蚀有一台面；一ｎ型插入层，该ｎ型插入层制作在ｎ型接触层远离台面一侧的内部，其上还是ｎ型接触层；一活性发光层，该活性发光层制作在远离台面的ｎ型接触层的上面，并覆盖所述ｎ型接触层的部分表面；一ｐ型电子阻挡层，该ｐ型电子阻挡层制作在活性发光层上；一ｐ型接触层，该ｐ型接触层制作在ｐ型电子阻挡层上，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型接触层上的台面上；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η型插入 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hGaN/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AWaN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。造成上述问题的根本原因在于GaN外延层以及hGaN/GaN多量子阱有源区内存在具有 很高的应力，这些应力的存在一方面降低了载流子的辐射复合几率；另一方面，由于应力的 存在，造成η区载流子大量溢出直接进入P区，从而引起大电流注入时辐射复合效率显著降 低(参见Appl. Phys. Lett, 94, 231123 (2009))。因此，有效地降低外延层中的应力对大功率 发光器件尤为重要。本专利技术针对现有技术中存在的以上技术问题，提出了在η型GaN接触层中插入一 层或多层低温插入层来降低外延层中的应力。虽然有不少专利都提及采用插入层的方法来 改善应力分布，但都是高温插入层。本专利所涉及的插入层为低温插入层，其物理机制与其 他人所提及的插入层有根本的区别。
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，其可以调节外延层中的应力分 布，同时又可以降低外延层中的位错密度，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型接触层上面的一侧刻蚀有一 台面；一 η型插入层，该η型插入层制作在η型接触层远离台面一侧的内部，其上还是η 型接触层；一活性发光层，该活性发光层制作在远离台面的η型接触层的上面，并覆盖所述η 型接触层的部分表面；一 ρ型电子阻挡层，该ρ型电子阻挡层制作在活性发光层上；一 ρ型接触层，该ρ型接触层制作在ρ型电子阻挡层上，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型接触层上的台面上；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。其中该η型接触层为η型氮化镓材料。其中该η型插入层为hxGai_xN，其中0彡χ彡1或Aly^vyN,其中0彡y彡1或 InzAlhN,其中 0 彡 ζ 彡 1 或 AlJribfeih-bN，其中 0 ^ a < 1,0 ^ b < I0其中该η型插入层的生长温度为500°C -1000°C。其中该η型插入层的厚度为50-100nm。其中该η型插入层为一层或多层结构。其中该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，周期数为1至20。其中该活性发光层的下表面为氮化镓薄层。其中该ρ型电子阻挡层的材料为铝镓氮。其中衬底由C-面、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所制成。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η型低温插入层的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η型低温插入层的氮化镓系LED;三角线条为现 有的没有η型低温插入层的氮化镓系LED。图3是具有不同结构的LED芯片在大电流注入下的发光效率比较。其中红色圆点 代表的是根据本专利技术的具有η型低温插入层的GaN系发光二极管；蓝色方块是根据他人的 专利技术专利采用InGaN/GaN超晶格作为插入层的发光二极管；黑色三角代表的是没有任何插 入层的GaN系发光二极管。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。所述衬底11制备中采用高纯NH3作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( 源，三甲基铟作h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。该氮化镓成核层12的 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制作在成核层12上。该缓冲层13的生长参数包括 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，该η型接触层14上面的一侧刻蚀有一台面141。该η型接触层14的生长参数 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；一 η插入层15，该η型插入层15制作在η型接触层14内部，其上仍为η型接触 层14;该η型插入层15可以是以下材料InxGai_xN，其中0彡χ彡1或是Aly^vyN,其中 0 ^ y ^ 1 或本文档来自技高网...
【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型接触层上面的一侧刻蚀有一台面；一ｎ型插入层，该ｎ型插入层制作在ｎ型接触层远离台面一侧的内部，其上还是ｎ型接触层；一活性发光层，该活性发光层制作在远离台面的ｎ型接触层的上面，并覆盖所述ｎ型接触层的部分表面；一ｐ型电子阻挡层，该ｐ型电子阻挡层制作在活性发光层上；一ｐ型接触层，该ｐ型接触层制作在ｐ型电子阻挡层上，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型接触层上的台面上；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，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]
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