氮化物發(fā)光二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種氮化物發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN基發(fā)光二極管在日常生活中被廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)光源相比，LED具有壽命長，光效高，能耗低，體積小的優(yōu)良特性，是現(xiàn)代照明發(fā)展的一個重要趨勢。
[0003]傳統(tǒng)GaN基LED的發(fā)光層普遍使用InGaN/GaN多量子講(Multiple QuantumWells，簡稱MQW)結(jié)構(gòu)，一方面由于電子的迀移率較空穴快，且自由電子的濃度較自由空穴的濃度高，容易導(dǎo)致MQW中的電子和空穴分布不均勻，電子集中距η型較近的MQW層中，而空穴集中在距P型層較近的MQW中，往η型方向逐漸衰減不利于電子和空穴的復(fù)合；另一方面，由于電子濃度高、迀移快，導(dǎo)致電子容易溢至P型層中，與離化的空穴在P型層復(fù)合，降低空穴的離化效率，并產(chǎn)生非輻射復(fù)合，降低空穴的注入效率和引起效率驟降效應(yīng)(Efficiency Droop)。
[0004]請參看附圖1，目前一般采用高Al組分AlGaN (Al組分一般為0.2~0.5)電子阻擋層來阻擋電子的溢出，高Al組分可限制部分電子溢出至P型層，但AlGaN隨著Al組分的上升，Mg的離化能迅速升高和晶體質(zhì)量會顯著下降，導(dǎo)致空穴離化效率和濃度急劇下降，進(jìn)而引起亮度和效率的下降；另外，在大電流注入的條件下，高Al組分的AlGaN EBL結(jié)構(gòu)仍有大量的電子會溢出至P型層，引起Efficiency droop效應(yīng)、老化和光衰等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種氮化物發(fā)光二極管，其在靠近η型氮化物層的至少一個阱層內(nèi)插入AlGaN電子隧穿層，使阱層與AlGaN插入層形成較高的勢皇差，電子很難采用熱電子發(fā)射的方式在阱層的插入層間躍迀，大部分采用隧穿的方式進(jìn)行躍迀，從而可限制電子的迀移速率和調(diào)節(jié)電子的分布，降低電子溢至P型氮化物層的機率，提升發(fā)光效率和降低 Eff i c i ency droop。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:氮化物發(fā)光二極管，依次包括:n型氮化物層，發(fā)光層、P型氮化物層，所述發(fā)光層為皇層和阱層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)，其中在靠近η型氮化物層的至少一個阱層內(nèi)插入AlGaN電子隧穿層，其勢皇高度大于所述皇層的勢皇高度，且所述阱層與所述AlGaN電子隧穿層的勢皇足夠高，使得電子較難以熱電子發(fā)射方向躍迀，而主要以隧穿的方式在InGaN的阱層中進(jìn)行躍迀，從而限制電子的迀移速率和調(diào)節(jié)電子的分布，降低電子溢至P型氮化物層的機率。
[0007]優(yōu)選地，所述皇層為GaN層，所述講層為InGaN。
[0008]優(yōu)選地，在發(fā)光層靠近η型氮化物層的前M對量子阱的阱層內(nèi)中間插入所述AlGaN電子隧穿層，其中20 >Μ彡I。
[0009]優(yōu)選地，在發(fā)光層靠近η型氮化物層的前M對量子阱的阱層內(nèi)插入單層或多層AlGaN電子隧穿層。
[0010]優(yōu)選地，電子隧穿層的周期為2對。
[0011]優(yōu)選地，所述AlGaN電子隧穿層中Al組分x的取值范圍為:1 > x彡0.3。
[0012]優(yōu)選地，所述AlGaN電子隧穿層的厚度為I埃~50埃。
[0013]優(yōu)選地，所述AlGaN電子隧穿層具有Si摻雜，其雜濃度為1.0X 119 ~ 2.0XlO20,摻入較高的Si以降低電阻。在具體實施例中，所述Si摻雜可以為平均摻雜，也可以為非均勾慘雜，如米用delta慘雜。
[0014]優(yōu)選地，所述氮化物發(fā)光二極管還包括一 P型AlxInyGa1^N電子阻擋層，其中0.2
>X > O。在高Al組分AlGaN材料中，Mg摻雜較難且激活效率低，而Si摻雜相對Mg容易，因此采用AlGaN電子隧穿層，先在多量子阱前端降低電子的濃度和迀移速率，從而在P型層可以使用較傳統(tǒng)LED較低Al組分的電子阻擋層，從而增加P型AlxInyGanyN層的Mg摻雜濃度和離化效率，提升空穴注入效率和發(fā)光效率。在一些實施例中，所述P型AlxInyGa^yN電子阻擋層的摻Mg濃度為5 X 118 ~ 5 X 1020，優(yōu)選5 X 1190
[0015]本發(fā)明的發(fā)光區(qū)在MQW前端(靠近η型氮化物層的一端)阱層內(nèi)插入AlGaN電子隧穿層，由于Al組分X較高(較佳的，X彡0.3)，阱層與AlGaN間的勢皇差很大，電子較難通過熱電子發(fā)射方式躍迀超過勢皇，而是主要通過隧穿方式運動，該AlGaN電子隧穿層的作用如減速帶，可降低大電流條件下的電子迀移速率，減少電子溢至P型層的機率，提升空穴注入效率和電子-空穴復(fù)合效率，從而提升發(fā)光效率和降低效率驟降Efficiency droop效應(yīng)。
[0016]進(jìn)一步地，因AlGaN勢皇與阱層的勢皇高度差異大，電子難以熱電子發(fā)射方式躍過AlGaN勢皇，除了采用電子隧穿方式的躍迀的電子外，其余電子被限制在阱層被迫進(jìn)行橫向迀移，可提升電子橫向擴展能力，提升平面內(nèi)的電流均勻性，減少電極位置電流濃度高而芯片邊緣電流濃度低的問題，提升LED面內(nèi)電流和亮度的均勻性，改善其抗靜電擊穿ESD能力。
[0017]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0018]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0019]圖1為傳統(tǒng)采用高Al組分AlGaN電子阻擋層的氮化物發(fā)光二極管之MQW與EBL的帶隙分布圖。
[0020]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施的一種氮化物發(fā)光二極管的側(cè)面剖視圖。
[0021]圖3為圖2所示氮化物發(fā)光二極管發(fā)光區(qū)的局部放大圖。
[0022]圖4為根據(jù)本發(fā)明實施的一種氮化物發(fā)光二極管的MQW與EBL的帶隙分布圖。
[0023]圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明實施的一種氮化物發(fā)光二極管中電子穿過量子阱的運動方式。
[0024]圖6為根據(jù)本發(fā)明實施的另一種氮化物發(fā)光二極管的局部量子阱的帶隙分布圖。
[0025]圖7為根據(jù)本發(fā)明實施的氮化物發(fā)光二極管的發(fā)光輸出功率與圖1所示傳統(tǒng)發(fā)光二極管的發(fā)光輸出功能的對比圖。
[0026]圖8為根據(jù)本發(fā)明實施的氮化物發(fā)光二極管的外量子效率與圖1所示傳統(tǒng)發(fā)光二極管的外量子效率的對比圖。
[0027]圖示說明:
101:襯底；102:緩沖層；103:n型氮化物層；104a:前M對量子阱；104b:后η對量子阱；105:ρ型電子阻擋層；106:ρ型氮化鎵層；107:ρ型接觸層；104a_l:GaN皇層；104a_2:InGaN 講層;104a_3:AlGaN 電子隧穿層;104a_4:InGaN 講層;104a_5:AlGaN 電子隧穿層，104a-6 JnGaN 阱層；104a_7GaN 皇層。。
【具體實施方式】
[0028]下面將結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的具體實施作詳細(xì)說明。
[0029]圖2公開了根據(jù)本發(fā)明實施的一種氮化物發(fā)光二極管，其結(jié)構(gòu)包括:襯底101、緩沖層102、η型氮化物層103、發(fā)光層104、P型電子阻擋層105、ρ型氮化鎵層106和ρ型接觸層107。其中，襯底101優(yōu)選使用藍(lán)寶石襯底，也可以選用氮化鎵襯底、硅襯底或其他襯底；緩沖層102為基于III族氮化物的材料，優(yōu)選采用氮化鎵，還可以采用氮化鋁材料或者鋁鎵氮材料型氮化物層103優(yōu)選為氮化鎵，也可采用鋁鎵氮材料，硅摻雜優(yōu)選濃度為IX 119CnT3;發(fā)光層104為多量子阱結(jié)構(gòu)，較佳的為具有5~50對量子阱構(gòu)成；ρ型電子阻擋層105緊臨發(fā)光層104，用于阻擋電子進(jìn)入ρ型層與空穴復(fù)合，優(yōu)選采用P型AlxInyGa1^N (O< X < 1,0 ^ y < l,x+y < I) ;p型氮化鎵層106采用鎂摻雜，摻雜濃度為I X 1019~5X 121cnT3，優(yōu)選厚度為10nm至800nm之間；p型接觸層107的厚度優(yōu)選5nm至20nm之間。
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