發(fā)光二極管及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管及其制作方法，其中所述發(fā)光二極管由下至上依次包括緩沖層、非摻氮化物層、N型層、發(fā)光層、電子阻擋層、P型層；其中電子阻擋層由下至上依次為生長模式漸變的AlGaN層、P型氮化鎵合并層，AlGaN層由二維生長模式向三維生長模式漸變，該結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)電子有效阻檔的同時降低了空穴注入勢壘，二維AlGaN層所形成的勢壘對大部分電子實現(xiàn)了有效阻擋，漸變至三維生長模式時形成了孔洞；而P型氮化鎵合并層在填充AlGaN層所形成孔洞時形成了空穴注入點，空穴傾向于從注入點遂穿至發(fā)光區(qū)，從而提高了空穴注入效率。
【專利說明】
發(fā)光二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及氮化鎵半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其涉及一種具有高空穴注入效率的發(fā)光二極管及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(英文為Light Emitting D1de，縮寫為LED)是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，其利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光結(jié)構(gòu)，目前氮化鎵被視為第三代II1-1V族半導(dǎo)體，具有較寬帶隙、高發(fā)光效率、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點，但目前空穴注入效率低成為高亮發(fā)光二極管發(fā)展瓶頸之一。
[0003]在LED結(jié)構(gòu)設(shè)計中，介于發(fā)光區(qū)與P型層之間的電子阻擋層承擔著阻隔過沖電子的任務(wù)，但是較高的勢皇同時會成為空穴注入的障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種具有高空穴注入效率的發(fā)光二極管及其制作方法，所述發(fā)光二極管具有非規(guī)則空穴注入點的電子阻擋層，在實現(xiàn)電子有效阻擋同時提高空穴注入效率。
[0005]本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:一種發(fā)光二極管，由下至上依次包括:N型層、發(fā)光層、電子阻擋層及P型層，其中所述電子阻擋層由下至上依次為生長模式漸變的AlGaN層、P型氮化鎵合并層，該結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)電子有效阻檔的同時降低了空穴注入勢皇，二維AlGaN層所形成的勢皇對大部分電子實現(xiàn)了有效阻擋，漸變至三維生長模式時形成了孔洞;而P型氮化鎵合并層在填充所述AlGaN層所形成孔洞時形成了空穴注入點，空穴傾向于從注入點遂穿至發(fā)光區(qū)，從而提高了空穴注入效率。
[0006]前述發(fā)光二極管的制作方法，包括步驟:I)依次生長緩沖層，非摻氮化物層、N型層、發(fā)光層;2)在發(fā)光層上依次生長模式漸變的AlGaN層、P型氮化鎵合并層;3)在所述電子阻擋層生長P型層。
[0007]所述步驟2)具體為:首先調(diào)整反應(yīng)室壓力、溫度、轉(zhuǎn)速，生長二維模式AlGaN層；隨后將反應(yīng)室壓力、溫度、轉(zhuǎn)速調(diào)整至漸變，AlGaN生長過程中其生長模式從二維漸變至三維，并形成孔洞;最后調(diào)整反應(yīng)室生長條件，通入Mg源，生長P型氮化鎵合并層填充形成的孔洞。
[0008]優(yōu)選的，所述二維結(jié)構(gòu)的AlGaN層所形成的勢皇對大部分電子實現(xiàn)了有效阻擋。
[0009]優(yōu)選的，所述P型氮化鎵合并層在填充所述AlGaN層中的孔洞時形成空穴注入點，空穴傾向于從所述空穴注入點遂穿至發(fā)光層。
[0010]優(yōu)選的，所述AlGaN層生長模式由二維變成三維。
[0011 ]優(yōu)選的，所述AlGaN層Al組分保持不變。
[0012]優(yōu)選的，所述AlGaN層Al組分呈現(xiàn)遞減趨勢。
[0013]優(yōu)選的，所述P型氮化鎵合并層Mg摻濃度保持一致。
[0014]優(yōu)選的，所述P型氮化鎵合并層Mg摻濃度遞減。
[0015]優(yōu)選的，所述P型氮化鎵合并層Mg摻最高濃度不高于P型層Mg摻濃度。
[0016]優(yōu)選的，通過調(diào)整反應(yīng)室壓力、溫度、轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)AlGaN層生長模式漸變。
[0017]優(yōu)選的，通過調(diào)整Al源、Ga源通入量，實現(xiàn)Al組分漸變或突變。
[0018]優(yōu)選的，通過調(diào)整反應(yīng)室生長條件，使用P型氮化鎵合并層趨向于二維生長，實現(xiàn)步驟4)所述填充孔洞。
[0019]優(yōu)選的，通過調(diào)整Mg源通入量，實現(xiàn)Mg摻含量一致或遞增。
[0020]本發(fā)明至少具有以下有益效果:本案中的電子阻擋層在實現(xiàn)電子有效阻檔的同時降低了空穴注入勢皇，二維AlGaN層所形成的勢皇對大部分電子實現(xiàn)了有效阻擋，漸變至三維生長模式時形成了孔洞;而P型氮化鎵合并層在填充AlGaN層所形成孔洞時形成了空穴注入點，空穴傾向于從注入點遂穿至發(fā)光區(qū)，從而提高了空穴注入效率。
【附圖說明】
[0021]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施的一種具有高空穴注入效率的發(fā)光二極管外延片結(jié)構(gòu)設(shè)
i+o
[0022]圖中標示:1.襯底，2.緩沖層，3.非摻氮化鎵層，4.N型氮化鎵層，5.發(fā)光層，6.電子阻擋層，7.P型層，601.生長模式漸變的AlGaN層，602.P型氮化鎵合并層。
【具體實施方式】
[0023]為使本發(fā)明更易于理解其實質(zhì)性特點及其所具的實用性，下面便結(jié)合附圖對本發(fā)明若干具體實施例作進一步的詳細說明，但需要說明的是以下關(guān)于實施例的描述及說明對本發(fā)明保護范圍不構(gòu)成任何限制。
實施例
[0024]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施的一種具有高空穴注入效率的發(fā)光二極管外延片結(jié)構(gòu)示意圖，本實施例中外延層由下至上依次包括:(I)藍寶石襯底I; (2)低溫緩沖層2，可以為氮化鎵、氮化鋁、或鋁鎵氮結(jié)合，膜厚在10?10nm之間；(3)非摻氮化鎵層3，膜厚在300?7000nm之間，優(yōu)選3500nm; (4)N型氮化鎵層4，厚度大于100nm; (5)量子阱發(fā)光層5，以InGaN作為阱層、以GaN或AlGaN或二者組合作為皇層構(gòu)成，其中皇層厚度在50?150nm之間、阱層厚度在I?20nm之間；(6)電子阻擋層6; (7)P型層7，厚度在0.1?2μηι之間，優(yōu)選200nm，Mg摻濃度優(yōu)選5X120/ cm3。
[0025]所述電子阻擋層6由下至上依次包括:生長模式漸變的AlGaN層601和P型氮化鎵合并層602，具體生長方法可以如下:(I)首先調(diào)整反應(yīng)室的壓力至70 torr、溫度設(shè)定1000°C、轉(zhuǎn)速設(shè)定500rmp/h，生長二維模式AlGaN層，優(yōu)選Al組分為12%; (2)隨后設(shè)定反應(yīng)室壓力、溫度、轉(zhuǎn)速分別漸變至300 torr、700°C、1000 rmp/h，生長從二維模式漸變至三維模式的AlGaN層，并形成孔洞，優(yōu)選Al組分為12%; (3)隨后反應(yīng)室壓力至500 torr、970°C、1200rmp/h，使反應(yīng)室利于二維模式生長，停止通入Al源，開始通入Mg源，生長P型氮化鎵合并層602填充步驟(2)中所形成的孔洞，形成空穴注入點，Mg摻濃度優(yōu)選3X10?/ cm3。
[0026]作為本發(fā)明的一個具體實施例，本發(fā)明中電子阻擋層在實現(xiàn)電子有效阻檔的同時降低了空穴注入勢皇，二維AlGaN層所形成的勢皇對大部分電子實現(xiàn)了有效阻擋，漸變至三維生長模式時形成了孔洞;而P型氮化鎵合并層在填充AlGaN層所形成孔洞時形成了空穴注入點，空穴傾向于從注入點遂穿至發(fā)光區(qū)，從而提高了空穴注入效率。
[0027]作為本實施例中第一個實施例變形，調(diào)整AlGaN層601中的Al組分，使其實現(xiàn)隨生長模式變化逐漸降低趨勢，優(yōu)選二維AlGaN層中Al組分從15%漸變至10%，三維AlGaN層中Al組分從10%繼續(xù)逐漸降低至5%。通過在提高二維模式AlGaN層中的Al組分，實現(xiàn)電子的有效阻擋，隨后Al組分逐漸降低，有利于進一步提高空穴注入效率。
[0028]作為本實施例的第二個實施例變形，P型氮化鎵合并層602在生長過程中，Mg摻濃度由高變低，本案中優(yōu)選初始Mg摻與P型層一致，最低Mg摻濃度漸變至為I X 120/ cm3，空穴注入點所處位置Mg摻濃度較高，進一步實現(xiàn)對空穴的有效聚集，隨后Mg摻濃度降低，有利于恢復(fù)晶格質(zhì)量，提高二維生長有效性，利于孔洞填充。
[0029]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改、潤飾和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進均視為在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.發(fā)光二極管，包括:N型層、發(fā)光層、電子阻擋層和P型層，其特征在于:所述電子阻擋層由下至上依次為AlGaN層、P型氮化鎵合并層，所述AlGaN層由二維結(jié)構(gòu)生長漸變至三維結(jié)構(gòu)，在漸變至三維生長模式時形成孔洞，P型氮化鎵合并層填充所述孔洞。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述二維結(jié)構(gòu)的AlGaN層所形成的勢皇對大部分電子實現(xiàn)了有效阻擋。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述P型氮化鎵合并層在填充所述AlGaN層中的孔洞時形成空穴注入點，空穴傾向于從所述空穴注入點遂穿至發(fā)光層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述AlGaN層Al組分保持不變。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述AlGaN層Al組分呈現(xiàn)遞減趨勢。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述P型氮化鎵合并層Mg摻濃度保持一致。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述P型氮化鎵合并層Mg摻濃度遞減。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述P型氮化鎵合并層Mg摻最高濃度不高于P型層Mg摻濃度。9.發(fā)光二極管的制作方法，包括步驟: 1)依次生長緩沖層，非摻氮化物層、N型層、發(fā)光層； 2)隨后生長電子阻擋層，首先調(diào)整反應(yīng)室壓力、溫度、轉(zhuǎn)速，生長二維模式AlGaN層； 3)控制反應(yīng)室壓力、溫度、轉(zhuǎn)速漸變，AlGaN生長過程中，其生長模式從二維漸變至三維，并形成孔洞； 4)調(diào)整反應(yīng)室生長條件，通入Mg源，生長P型氮化鎵合并層填充步驟3)中形成的孔洞； 在所述電子阻擋層上生長P型層。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:通過調(diào)整反應(yīng)室壓力、溫度、轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)AlGaN層生長模式漸變。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:通過調(diào)整Al源、Ga源通入量，實現(xiàn)Al組分漸變或突變。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:通過調(diào)整反應(yīng)室生長條件，使用P型氮化鎵合并層趨向于二維生長，實現(xiàn)步驟4)所述填充孔洞。13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:通過調(diào)整Mg源通入量，實現(xiàn)Mg摻含量一致或遞增。
【文檔編號】H01L33/00GK105826441SQ201610350858
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】舒立明, 葉大千, 張東炎, 劉曉峰, 高文浩, 吳超瑜, 王篤祥
【申請人】天津三安光電有限公司