專(zhuān)利名稱：發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，尤其是一種發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明還涉及一種發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)的制作方法。
技術(shù)背景現(xiàn)在，發(fā)光二極管的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣。與現(xiàn)有的一些發(fā)光設(shè)備相比， 發(fā)光二極管有電光轉(zhuǎn)換效率高，壽命長(zhǎng)、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，因此逐漸被越 來(lái)越多的應(yīng)用到照明、大屏幕顯示等領(lǐng)域。但是，與現(xiàn)有的一些發(fā)光設(shè)備 相比，發(fā)光二極管的亮度還是有一定的差距，因此提高發(fā)光二極管的亮度 還需要進(jìn)一步提高，而且為了使發(fā)光二極管的使用更加環(huán)保，發(fā)光二極管 的發(fā)光效率也需要進(jìn)一步提高。現(xiàn)有的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)圖1所示，由下到上依次包括襯底層1、緩沖層2、未摻雜的GaN層3、 N型GaN層4、 多量子阱層5、 P型AlGaN層6、 P型GaN層7和接觸層8，所述接觸層上設(shè) 置有P型電極9，所述N型GaN層上設(shè)置有N型電極10。使用MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor D印osition金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)生長(zhǎng)GaN發(fā) 光二極管，使用A1A作為襯底層1,接著生長(zhǎng)緩沖層2，緩沖層2的生長(zhǎng)溫 度在530°C，其厚度為250A;未摻雜的GaN層3的生長(zhǎng)溫度為1050°C，厚 度為2Hm; N型摻Si的GaN層4的生長(zhǎng)溫度為1050°C，厚度為3Mm;多量 子阱層5中，阱層以70(TC 85(TC生長(zhǎng)，厚度為30A，壘層(barrier)在 800。C 90(TC生長(zhǎng)，厚度為150A; P型AlGaN的生長(zhǎng)溫度為950°C ，其厚度為500A， P型GaN的生長(zhǎng)溫度為90(TC，其厚度為2000A，接觸層生長(zhǎng)溫度 為80(TC，厚度為20A?，F(xiàn)有的發(fā)光二極管中，多量子阱是有阱層和壘層交 替間隔組成的，所述壘層中平均的摻雜有SiH4。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)，能夠 改善發(fā)光二極管的出光效率以及出光強(qiáng)度，改善發(fā)光二極管的電學(xué)性能。 本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種上述發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)的制 作方法，能夠簡(jiǎn)單方便的得到上述發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案是， 由下到上依次包括如下各層藍(lán)寶石襯底、緩沖成核層、未慘雜的GaN層、 N型GaN層、多量子阱層、P型AlGaN層、P型GaN層和接觸層，所述接觸 層上連接有P型電極，所述N型GaN層上連接有N型電極，所述多量子阱 層由多組壘層和阱層交替間隔組成，在所述壘層中，由下到上依次包括第 一未摻雜的GaN層、第一摻雜SiH4的GaN層、第二未摻雜的GaN層、第二 慘雜Si仏的GaN層和第三未摻雜的GaN層。本發(fā)明發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)的制作方法的技術(shù)方案是，在所述藍(lán)寶 石襯底上，依次生長(zhǎng)所述緩沖成核層、未摻雜的GaN層、N型GaN層、多量 子阱層、P型AlGaN層、P型GaN層和接觸層，并且在所述接觸層上制作P 型電極，在所述N型GaN層上制作N型電極，在生長(zhǎng)所述多量子阱層時(shí)， 交替生長(zhǎng)所述阱層和壘層，生長(zhǎng)所述阱層時(shí)，生長(zhǎng)溫度為700。C 85(TC，反應(yīng)器的壓力為100torr 700torr，通入流量為5L 100L的NH3、流量為10L 40L的N2、 流量為100sccm 500sccm的TEGa和流量為100sccm 600sccm的TMIn; 生長(zhǎng)所述壘層時(shí)，包括如下步驟(1) 停止通入TMIn，生長(zhǎng)第一未摻雜的GaN層；(2) 將溫度升高至800。C 90(TC，通入SiH"生長(zhǎng)所述第一摻雜SiH4 的GaN層；(3) 停止通入SiH4，生長(zhǎng)第二未摻雜的GaN層；(4) 通入SiH4，生長(zhǎng)所述第二摻雜SiH4的GaN層；(5) 停止通入SiH4，生長(zhǎng)第三未摻雜的GaN層，之后降溫至所述阱層的 生長(zhǎng)溫度70(TC 85(TC，所述壘層生長(zhǎng)完畢。本發(fā)明發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)及其制作方法通過(guò)使發(fā)光二極管的多量 子阱中的壘層采用摻雜SiH4和不摻雜SiH4的GaN層組成的交替結(jié)構(gòu)，提升 了所述多量子阱中內(nèi)部量子的效率，增加了發(fā)光強(qiáng)度，并且降低了發(fā)光二 極管的操作電壓，從而提高了發(fā)光二極管的出光效率。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖1為現(xiàn)有的發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)中多量子阱層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中附圖標(biāo)記為，l.襯底層；2.緩沖層；3.未摻雜的GaN層；4. N型 GaN層；5.多量子阱層；6.P型AlGaN層；7.P型GaN層；8.接觸層；9. P 型電極；IO.N型電極；ll.阱層；12.第一未摻雜的GaN層；13.第一摻雜SiH4的GaN層；14.第二未摻雜的GaN層；15.第二摻雜SiH4的GaN層；16. 第三未摻雜的GaN層。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)，由下到上依次包括如下各層藍(lán)寶石 襯底、緩沖成核層、未摻雜的GaN層、N型G認(rèn)層、多量子阱層、P型AlGaN 層、P型GaN層和接觸層，所述接觸層上連接有P型電極，所述N型GaN層 上連接有N型電極，所述多量子阱層由多組壘層和阱層11交替間隔組成， 如圖2所示，在所述壘層中，由下到上依次包括第一未摻雜的GaN層12、 第一摻雜SiH4的GaN層13、第二未慘雜的GaN層14、第二摻雜SiH4的GaN 層15和第三未摻雜的GaN層16。所述壘層關(guān)于所述第二未摻雜的GaN層的橫向軸線呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)。所述第一未摻雜的GaN層的厚度為10A 50A。所述第一摻雜SiH4的GaN層的厚度為5A 40A。
所述第二未摻雜的GaN層的厚度為50A 300A。所述第二摻雜Si&的GaN層的厚度為5A 40A。所述第三未摻雜的GaN層的厚度為10A 50A。所述阱層11的厚度為10A 35A。所述第一摻雜Si仏的GaN層和所述第二摻雜SiH4的GaN層中，Si&的 摻雜濃度為1018 102°cm—3。本發(fā)明還公開(kāi)了上述發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)的制作方法，在所述藍(lán)寶 石襯底上，依次生長(zhǎng)所述緩沖成核層、未摻雜的GaN層、N型GaN層、多量子阱層、P型AlGaN層、P型GaN層和接觸層，并且在所述接觸層上制作P 型電極，在所述N型GaN層上制作N型電極，在生長(zhǎng)所述多量子阱層時(shí)， 交替生長(zhǎng)所述阱層和壘層，生長(zhǎng)所述阱層時(shí)，生長(zhǎng)溫度為70(TC 85(TC，反應(yīng)器的壓力為 100torr 700torr，通入流量為5L 100L的NH3、流量為10L 40L的N2、 流量為100sccm 500sccm的TEGa和流量為100sccm 600sccm的TMIn;生長(zhǎng)所述壘層時(shí)，包括如下步驟(1) 停止通入TMIn，生長(zhǎng)第一未慘雜的GaN層；(2) 將溫度升高至800°C 900°C，通入SiH4，生長(zhǎng)所述第一摻雜SiH4 的GaN層；(3) 停止通入SiH4，生長(zhǎng)第二未摻雜的GaN層；(4) 通入SiH4，生長(zhǎng)所述第二摻雜SiH4的GaN層；(5) 停止通入SiH4，生長(zhǎng)第三未摻雜的GaN層，之后降溫至所述阱層的 生長(zhǎng)溫度70(TC 85(TC,所述壘層生長(zhǎng)完畢。在現(xiàn)有技術(shù)中，多量子阱層中的壘層全部都摻雜有Si，而摻雜有Si 的晶體質(zhì)量往往是比較差的，因此局限了發(fā)光二極管性能的提高。但是， 在本發(fā)明中，只在壘層中特定的區(qū)域里摻雜Si元素，而其它的區(qū)域不進(jìn)行 摻雜，使得摻雜Si元素的區(qū)域晶體質(zhì)量降低，但是在整體上，壘層的晶體 質(zhì)量卻大大提高了。另一方面，通過(guò)本發(fā)明這種摻雜結(jié)構(gòu)，也使得多量子 阱中的壘層和阱層中載流子的濃度大大的提高，這也會(huì)使得發(fā)光二極管的 性能會(huì)有很大的改善。經(jīng)過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)有的發(fā)光二極管工作電壓在3.4V，亮度為88mcd， 發(fā)光的波長(zhǎng)為467nm;而本發(fā)明所提供的發(fā)光二極管的工作電壓在3. 25V， 亮度能夠達(dá)到107mcd,發(fā)光的波長(zhǎng)為468nm。由此結(jié)果可見(jiàn)，本發(fā)明大大 的提高了發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度、電學(xué)性能和發(fā)光效率，并且很好的保證 了發(fā)光二極管發(fā)光色彩的穩(wěn)定性。綜上所述，本發(fā)明發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)及其制作方法通過(guò)使發(fā)光二 極管的多量子阱中的壘層采用摻雜SiH4和不摻雜SiH4的GaN層組成的交替 結(jié)構(gòu)，提升了所述多量子阱中內(nèi)部量子的效率，增加了發(fā)光強(qiáng)度，并且降 低了發(fā)光二極管的操作電壓，從而提高了發(fā)光二極管的出光效率。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)，由下到上依次包括如下各層藍(lán)寶石襯底、緩沖成核層、未摻雜的GaN層、N型GaN層、多量子阱層、P型AlGaN層、P型GaN層和接觸層，所述接觸層上連接有P型電極，所述N型GaN層上連接有N型電極，所述多量子阱層由多組壘層和阱層交替間隔組成，其特征在于，在所述壘層中，由下到上依次包括第一未摻雜的GaN層、第一摻雜SiH4的GaN層、第二未摻雜的GaN層、第二摻雜SiH4的GaN層和第三未摻雜的GaN層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 壘層關(guān)于所述第二未摻雜的GaN層的橫向軸線呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 第一未摻雜的GaN層的厚度為10A 50A。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 第一摻雜SiH4的GaN層的厚度為5A 40A。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 第二未摻雜的GaN層的厚度為50A 300A。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 第二摻雜SiH4的GaN層的厚度為5A 40A。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 第三未摻雜的GaN層的厚度為10A 50A。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 阱層的厚度為10A 35A。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 第一摻雜SiH4的GaN層和所述第二摻雜SiH4的GaN層中，SiH4的摻雜濃度 為1018 102W3o
10. —種如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)的制作方法，在所 述藍(lán)寶石襯底上，依次生長(zhǎng)所述緩沖成核層、未摻雜的GaN層、N型GaN層、 多量子阱層、P型AlGaN層、P型GaN層和接觸層，并且在所述接觸層上制 作P型電極，在所述N型GaN層上制作N型電極，其特征在于，在生長(zhǎng)所 述多量子阱層時(shí)，交替生長(zhǎng)所述阱層和壘層，生長(zhǎng)所述阱層時(shí)，生長(zhǎng)溫度為700。C 85(TC，反應(yīng)器的壓力為 100torr 700torr，通入流量為5L 100L的NH3、流量為10L 40L的N2、 流量為100sccm 500sccm的TEGa和流量為100sccm 600sccm的TMIn;生長(zhǎng)所述壘層時(shí)，包括如下步驟(1) 停止通入TMIn，生長(zhǎng)第一未摻雜的GaN層；(2) 將溫度升高至800°C 900°C，通入SiHo生長(zhǎng)所述第一摻雜SiH4 的GaN層；(3) 停止通入SiH4，生長(zhǎng)第二未摻雜的GaN層；(4) 通入SiH4，生長(zhǎng)所述第二摻雜SiH4的GaN層；(5) 停止通入SiH4，生長(zhǎng)第三未摻雜的GaN層，之后降溫至所述阱層的 生長(zhǎng)溫度70(TC 85(TC，所述壘層生長(zhǎng)完畢。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)，由下到上依次包括如下各層藍(lán)寶石襯底、緩沖成核層、未摻雜的GaN層、N型GaN層、多量子阱層、P型AlGaN層、P型GaN層和接觸層，所述多量子阱層由多組壘層和阱層交替間隔組成，在所述壘層中，由下到上依次包括第一未摻雜的GaN層、第一摻雜SiH₄的GaN層、第二未摻雜的GaN層、第二摻雜SiH₄的GaN層和第三未摻雜的GaN層。本發(fā)明還公開(kāi)了上述發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)的制作方法，包括依次生長(zhǎng)上述壘層中摻雜SiH₄和不摻雜SiH₄的GaN層組成的交替結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提升了所述多量子阱中內(nèi)部量子的效率，增加了發(fā)光強(qiáng)度，并且降低了發(fā)光二極管的操作電壓，從而提高了發(fā)光二極管的出光效率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101335312SQ20071009391
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者林振賢, 鄭文榮 申請(qǐng)人:上海藍(lán)光科技有限公司