氮化物半导体材料发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氮化物半导体材料发光二极管及其制备方法。该氮化物半导体材料发光二极管包括：衬底；n型接触层，其材料为n型的氮化物半导体材料，形成于衬底上；活性发光层，其材料为氮化物半导体材料，形成于n型接触层上；以及p型接触层，其材料为p型的氮化物半导体材料，形成于活性发光层上；其中，活性发光层为由至少两种不同的氮化物半导体材料构成的多周期量子阱结构，该多周期量子阱结构中至少部分量子阱层的氮化物半导体材料为p型掺杂。本发明专利技术可以改善氮化物半导体材料发光二极管有源区中空穴的分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种。
技术介绍
III-V族半导体光电材料被誉为第三代半导体材料，而氮化物半导体材料发光二极管由于可以通过调制材料的组成实现从蓝光到红光的光谱发射而成为业界研究的重点。目前，氮化物半导体材料或者器件的外延生长主要采用MOCVD技术，但是由于缺 乏与氮化镓晶格匹配的衬底材料，主要采用蓝宝石作为衬底进行异质外延，然而由于蓝宝石与氮化物材料之间较大的晶格失配与热膨胀系数的差异，外延层的质量难以保证，另外外延层中也存在较大的应力与热失配。在传统的氮化物半导体材料发光二极管有源区中，由于空穴的有效质量较大，迁移率低，因此氮化物半导体材料发光二极管中的空穴主要分布在靠近P型氮化物半导体材料接触层的几个量子阱中，分布极为不均匀。此外，由于有源区内量子阱与势垒层之间的晶格失配等原因在多量子阱区会形成较大的极化电场，此极化电场使量子阱中电子与空穴的波函数发生分离，影响辐射复合效率和发光强度。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术提供了一种，以改善氮化物半导体材料发光二极管有源区中空穴的分布。( 二 )技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种氮化物半导体材料发光二极管，包括衬底；η型接触层，其材料为η型的氮化物半导体材料，形成于衬底上；活性发光层，其材料为氮化物半导体材料，形成于η型接触层上；以及P型接触层,其材料为P型的氮化物半导体材料，形成于活性发光层上；其中，活性发光层为由至少两种不同的氮化物半导体材料构成的多周期量子阱结构，该多周期量子阱结构中至少部分量子阱层的氮化物半导体材料为P型掺杂。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种氮化物半导体材料发光二极管的制备方法，包括在衬底上形成η型接触层，其材料为η型的氮化物半导体材料；在η型接触层上形成由两种不同的氮化物半导体材料构成的多周期量子阱结构的活性发光层，该多周期量子阱结构中至少部分量子阱层的氮化物半导体材料为P型掺杂；以及在活性发光层上形成P型接触层，其材料为P型的氮化物半导体材料。(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果(I)活性发光层中，对底层的量子阱进行掺杂后空穴不再局限于靠近p型氮化物半导体材料接触层的量子阱中，电子与空穴在底层的量子阱中复合增强可以调制不同的量子讲发光；(2)活性发光层中，P型掺杂可以产生更多的空穴，电子与空穴的复合增强，发光二极管发光强度增强同时有利于抑制电子的溢出，有效抑制droop效应。附图说明图I为根据本专利技术实施例的氮化物半导体材料发光二极管的结构示意图；图2为根据本专利技术实施例的氮化物半导体材料发光二极管制备方法的流程图；图3为传统的半导体二极管与本专利技术半导体二极管电致发光测试结果。 主要元件符号说明11-衬底； 12-成核层；13-缓冲层；14-n型接触层；15-活性发光层； 151-铟镓氮子层；152-镓氮子层； 16-p型电子阻挡层；17-p型接触层。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术的目的在于提供一种，通过对有源区中量子阱层的P型掺杂，既可以产生更多的空穴又可以屏蔽极化电场的影响，从而提高空穴的注入效率，改善空穴的分布。图I为根据本专利技术实施例的氮化物半导体材料发光二极管的结构示意图。请参照图1，该氮化物半导体材料发光二极管包括衬底11，及在该衬底上依次生长的成核层12、缓冲层13、n型接触层14、活性发光层15、p型电子阻挡层16及p型接触层17 ;其中，活性发光层15为由两种不同的氮化物半导体材料构成的多周期量子阱结构，该多周期量子阱结构中至少部分量子阱层的氮化物半导体材料为P型掺杂。其中，成核层、缓冲层、η型接触层和P型接触层的材料均为氮化物半导体材料。在制备氮化物半导体材料发光二极管时，(0001)方向的蓝宝石衬底为最常用的衬底。当然，本领域技术人员同样可以选择其他的，与镓氮材料的晶格失配度小于20%的单晶氧化物，例如r_面、m-或a-面蓝宝石、6H-SiC、4H_SiC或Si等。本领域技术人员应当清楚，成核层12和缓冲层13的作用是提高后期镓氮晶体的质量，在实际制备过程中也可以省略。此外，P型电子阻挡层16是阻挡电子从有源区向P型接触层的溢出，其同样可以省略。本实施例中，氮化物半导体材料可以选择以下材料中的一种镓氮(即氮化镓)、铟氮(即氮化铟)、铝氮(即氮化铝)、铟镓氮、铝镓氮和铟铝镓氮等。例如，η型接触层14的材料可以为η型镓氮材料，P型接触层的材料可以为P型镓氮材料。在图I所示的氮化物半导体材料发光二极管中，活性发光层15为由铟镓氮子层151和镓氮层152交叠沉积而成的多周期量子阱结构，其中铟镓氮子层为P型掺杂，掺杂范围可以是某些或者全部量子阱，掺杂方式可以为等浓度掺杂或者调制掺杂，该调制掺杂例如是掺杂浓度逐渐增加或逐渐减小。并且，本领域技术人员同样可以根据需要来选择多周期量子阱结构的层数及各层的氮化物半导体材料，同样应当在本专利技术的保护范围之内。本实施例中，通过对有源区中量子阱层的P型掺杂，既可以产生更多的空穴，又可以屏蔽极化电场的影响，从而提高空穴的注入效率，改善空穴的分布。此外，如图I所示，为了将外界的电激励传导至有源区，预设区域的P型接触层17、P型电子阻挡层16、活性发光层15及部分的η型接触层14被刻蚀以形成台面，正、负电极分别位于该台面及预设区域外的P型接触层17上。图2是依照本专利技术实施例的制备氮化物半导体材料发光二极管方法的流程图。请参照图2，该制备方法包括·步骤Α，选择(0001)方向蓝宝石作为衬底11 ；步骤B，在衬底11上依次制作氮化物半导体材料的成核层12和缓冲层13 ；该成核层12的生长参数包括反应温度为500-850 °C，反应腔压力为150-500Torr，载气流量10-30升/分钟，三甲基镓的流量为20-250微摩尔/分钟，氨气流量为20-80摩尔/分钟,生长时间为1-10分钟。该缓冲层13的生长参数包括生长温度900-1200°C，反应腔压力75_250Torr，载气流量为5-20升/分钟，三甲基镓的流量为80-400微摩尔/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟，生长时间为20-60分钟。步骤C，在缓冲层13上制作η型镓氮接触层14，其中，该η型镓氮接触层14以硅烧为η型惨杂剂；该η型镓氮接触层14生长参数包括生长温度950-1150°C，反应腔压力75-250Torr,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O. 2-2. O纳摩尔/分钟，生长时间10-40分钟。步骤D，交叠沉积铟镓氮子层151和镓氮子层152，从而η型镓氮接触层14的表面上形成多周期量子阱结构的活性发光层15 ；其中，铟镓氮子层为P型掺杂，掺杂范围可以是某些或者全部量子阱，掺杂方式可以为等浓度掺杂或者调制掺杂。P型掺杂可以产生更多的空穴，电子与空穴的复合增强，发光二极管发光强度增强同时有利于抑制电子的溢出，有效抑制droop效应。在多量子阱区域中的量子阱层进行掺杂后可以产生空穴，使载流子数量增加，同时产生的载流子与电离受主可以部分屏蔽极化电场从而提高发光强度，同时随着量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体材料发光二极管，其特征在于，包括：衬底；n型接触层，其材料为n型的氮化物半导体材料，形成于所述衬底上；活性发光层，其材料为氮化物半导体材料，形成于所述n型接触层上；以及p型接触层，其材料为p型的氮化物半导体材料，形成于所述活性发光层上；其中，所述活性发光层为由至少两种不同的氮化物半导体材料交叠沉积而成的多周期量子阱结构，该多周期量子阱结构中至少部分量子阱层的氮化物半导体材料为p型掺杂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：司朝，魏同波，王军喜，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：