具有低温中间层的氮化镓系发光二极管制造技术

本实用新型专利技术涉及一种具有低温中间层的氮化镓系发光二极管。其结构与现有的氮化镓系发光二极管的最主要差异是，在ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多量子阱活性层与ｐ型ＧａＮ接触层之间生长低温中间层，该低温中间层由低温ｐ型氮化镓层和低温ｐ型铟镓氮／铟铝镓氮超晶格组成。结果表明，通过设置该低温中间层，氮化镓系发光二极管的发光强度和发光效率得到较大的提高。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种氮化镓系发光二极管，特别是一种具有低温中间层的氮化镓系发光二极管。
技术介绍
发光二极管以其高效环保性而具有取代白炽灯、日光灯成为下一代照明产品的潜力。宽带隙的GaN系发光二极管(简称为“LED”)是目前业界研究的重点之一。在现有的氮化镓系LED中，通常采用蓝宝石作为衬底。然而，由于蓝宝石与III族氮化物之间的晶格失配以及III族氮化物的极化特性，使得在活性层及整个LED结构中存在很强的极化场，从而减弱了对载流子的限制作用，降低了器件的发光效率。虽然目前通常采用p型铝镓氮电子阻挡层(EBL，Electron blockinglayer)来加强对载流子的限制，但效果并不理想。此外，现有的氮化镓系LED通常采用高温生长的p型GaN层作为接触层，而p型接触层通常位于活性层(发光层)上方。人们在实际的制造工艺中发现，当在高温下生长p型GaN接触层时，活性层中的铟镓氮会发生分解和扩散，并且p型GaN接触层中的p型掺杂剂(比如镁)在高温下向活性层的扩散增加地很快。因此，在p型GaN接触层高温生长的过程中，活性层的特性不能维持，于是活性层的光电特性变差，从而严重影响发光二极管的发光特性。类似地，高温生长的p型铝镓氮电子阻挡层也存在上述问题。因此，为了克服上述问题，提出了本技术。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种既可有效地限制载流子、又可减小对活性层的不利影响的具有低温中间层的氮化镓系发光二极管。本技术的氮化镓系发光二极管包括：基板，其可由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；缓冲层，其位于该基板上，可由InxAl1-x-yGayN构成，其中0≤x＜1，0≤y≤1；n型接触层，其位于该缓冲层上，由n型GaN构成；活性层，其位于该n型接触层上并覆盖该n型接触层的部分表面，由InxGa1-xN阱层和InyAlzGa1-y-zN垒层交互层叠形成的多量子阱所构成，其中0＜x＜1，0≤y＜1，0≤z＜1，0≤y+z＜1；负电极，其位于该n型接触层未被该活性层覆盖的上表面上；低温中间层，其位于该活性层上，由低温p型GaN层和低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格组成；p型接触层，其位于该低温中间层上，由p型III族氮化物半导体构成；正电极，其位于该p型接触层上。-->本技术中的低温中间层是指构成其的低温p型GaN层和/或低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格的生长温度低于与其直接接触的活性层中的InxGa1-xN阱层或InyAlzGa1-y-zN垒层的生长温度的中间层。在本技术的一个实施方式中，可先在活性层上低温生长p型GaN层，再在低温p型GaN层上低温生长p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格，从而形成低温中间层。在本技术的另一实施方式中，可先在活性层上低温生长p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格，再在低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格上低温生长p型GaN层，从而形成低温中间层。此外，低温中间层中的低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格可包括第一超晶格部分和第二超晶格部分，此时低温p型GaN层在该第一超晶格部分与第二超晶格部分之间。低温中间层中的低温p型GaN层可包括第一部分和第二部分，此时低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格在该第一部分与第二部分之间。在本技术的实施方式中，优选低温p型GaN层的生长温度低于低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格的生长温度。优选低温p型GaN层和低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格的生长温度均为600～1100℃。当它们的生长温度低于600℃时，晶体质量太差，从而影响发光二极管的发光效率。当它们的生长温度超过1100℃时，会破坏活性层的结构，从而影响发光二极管的发光效率。优选低温p型GaN层或低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格的生长温度比与其直接接触的活性层中的InyAlzGa1-y-zN垒层的生长温度低30～300℃，此时活性层的晶体质量可得到较大的改善，并可最大限度地减少p型掺杂剂向活性区的扩散。本技术中的低温p型GaN层的厚度优选为5～300纳米，此时低温p型GaN层限制p型掺杂剂的扩散效果较好，并且较小地影响低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格限制载流子的效果。在本技术中的低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格为一整体时，低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格的总厚度优选为0.5～50纳米，每一铟镓氮单层的厚度为0.1～5纳米，每一铟铝镓氮单层的厚度为0.1～5纳米，由铟镓氮单层与铟铝镓氮单层构成的单个周期的厚度为0.5～5纳米。此时低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格限制载流子的效果较好。在本技术中的低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格包括第一超晶格部分和第二超晶格部分的情况中，低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格的总厚度优选为0.5～100纳米，每一铟镓氮单层的厚度为0.1～5纳米，每一铟铝镓氮单层的厚度为0.1～5纳米，由铟镓氮单层与铟铝镓氮单层构成的单个周期的厚度为0.5～5纳米。此时低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格限制载流子的效果较好。本技术通过在活性层与高温生长的p型接触层之间设置低温中间层，可有效地限制载流子，并降低对活性层的不利影响，从而获得了高亮度的GaN系发光二极管。具体原因如下。在先低温生长p型GaN层、再低温生长p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格的情况中，由于低温p型GaN层生长温度低，故最大限度地减少了p型掺杂剂(比如Mg)向活性区的扩散；此外，低温p型GaN层的生长过程对活性层来说是一个退火过程，于是活性层的晶体质量通过再结晶而被完善。在接下来低温生长p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格时，虽然温度相-->对有所升高，但是由于上一步骤低温生长的GaN层的晶体质量较差，故有效地减少了p型掺杂剂(比如Mg)向低温p型GaN层中的扩散，从而对活性区起到保护作用。在先低温生长p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格、再低温生长p型GaN层的情况中，由于p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格的生长温度低于p型GaN接触层的生长温度，故相对地减少了对活性区的影响；同时p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格中掺入的In可有效地抑制p型掺杂剂(比如Mg)的迁移，从而减少了因p型掺杂剂向活性区的扩散而使发光效率降低的影响。在接下来以更低的温度生长低温p型GaN层时，活性区及低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格得以退火而具有提高的晶体质量。此外，低温中间层中的低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格可有效地充当电子阻挡层。在现有技术中通常使用p型铝镓氮作为电子阻挡层，但AlGaN的生长温度较高(通常高于活性层的生长温度)，对活性区的影响较大；同时，AlGaN与GaN的晶格失配所导致的压电场效应减弱了其对电子的阻挡。而本技术中采用低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格作为电子阻挡层具有如下优点。一方面，本技术中的低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格在相对于p型AlGaN较低的温度下生长，从而减少了对活性区的影响。另一方面，由于可以通过调节p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格中的各成分的组分比来调节该超晶格的有效晶格常数及带隙宽度，从而可在降低极化效应与提高电子阻挡方面中获得出色的平衡。附图说明图1是根据本技术的具有低温中间层的氮化镓系发光二极管的实施例1的示意图。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：　　基板；　　缓冲层，其位于所述基板上；　　ｎ型接触层，其位于所述缓冲层上，由ｎ型ＧａＮ构成；　　活性层，其位于所述ｎ型接触层上并覆盖所述ｎ型接触层的部分表面，由Ｉｎ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ｎ阱层和Ｉｎ↓［ｙ］Ａｌ↓［ｚ］Ｇａ↓［１－ｙ－ｚ］Ｎ垒层交互层叠形成的多量子阱所构成，其中０＜ｘ＜１，０≤ｙ＜１，０≤ｚ＜１，０≤ｙ＋ｚ＜１；　　负电极，其位于所述ｎ型接触层未被所述活性层覆盖的上表面上；　　低温中间层，其位于所述活性层上，由低温ｐ型ＧａＮ层和低温ｐ型铟镓氮／铟铝镓氮超晶格组成；　　ｐ型接触层，其位于所述低温中间层上，由ｐ型Ⅲ族氮化物半导体构成；　　正电极，其位于所述ｐ型接触层上。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓系发光二极管，其包括：基板；缓冲层，其位于所述基板上；n型接触层，其位于所述缓冲层上，由n型GaN构成；活性层，其位于所述n型接触层上并覆盖所述n型接触层的部分表面，由InxGa1-xN阱层和InyAlzGa1-y-zN垒层交互层叠形成的多量子阱所构成，其中0＜x＜1，0≤y＜1，0≤z＜1，0≤y+z＜1；负电极，其位于所述n型接触层未被所述活性层覆盖的上表面上；低温中间层，其位于所述活性层上，由低温p型GaN层和低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格组成；p型接触层，其位于所述低温中间层上，由p型Ⅲ族氮化物半导体构成；正电极，其位于所述p型接触层上。2.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，所述低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格包括第一超晶格部分和第二超晶格部分，所述低温p型GaN层位于所述第一超晶格部分与所述第二超晶格部分之间。3.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，所述低温p型GaN层包括第一部分和第二部分，所述低温p型铟镓氮/铟铝镓氮超晶格位于所述第一部分与所述第二部分之间。4.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，所述低温p型GaN层的厚度为5～300纳米。5.如权利要求3所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，所述低温p型GaN层中的第一部分与第二部分的厚度分别为5～300纳米。6.如权利要求1或3所述的氮化镓系发...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，胡建正，祝光辉，
申请(专利权)人：上海蓝宝光电材料有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]