CN102738337B - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管，其包括衬底、依次生长在衬底上的n型半导体层、有源层以及p型半导体层。所述有源层包括至少一量子阱层及夹设该量子阱层的阻障层。所述量子阱层包括InN层以及成长在该InN层上的InGaN层。其中，在成长InN层之后与生长InGaN层之前，通入氢气或者氨气并加热反应，使InN层表面凹凸不平。从而在InN层上成长InGaN层中的In原子会不均匀的聚集与分布，部分区域达到高In含量，从而能够提高发光亮度。本发明还提供一种发光二极管的制造方法。

Description

发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术
发光二极管是一种节能、环保、长寿命的固体光源，因此近十几年来对发光二极管技术的研究一直非常活跃，发光二极管也有渐渐取代日光灯、白炽灯等传统光源的趋势。对于发光二极管来说，器件的发光亮度是一个非常关键的指标，因此如何提高发光二极管的发光亮度成为业内人士一直努力研究的方向。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能够提高发光亮度的发光二极管及其制造方法。
一种发光二极管，其包括衬底、依次生长在衬底上的n型半导体层、有源层以及p型半导体层。所述有源层包括至少一量子阱层及夹设该量子阱层的阻障层。所述量子阱层包括InN层以及成长在该InN层上的InGaN层。其中，在成长InN层之后与生长InGaN层之前，通入氢气或者氨气并加热反应，使InN层表面凹凸不平。
一种发光二极管制造方法，其包括以下几个步骤：
步骤1，提供一衬底，在该衬底上成长n型半导体层；
步骤2，在n型半导体层上成长一层阻障层；
步骤3，接着成长一InN层，在成长InN层后，通入氢气或者氨气并加热反应，使InN层表面凹凸不平；
步骤4，在InN层上成长一InGaN层；
步骤5，重复上述步骤3和步骤4，形成多组量子阱层；
步骤6，在该多组量子阱层上成长阻障层，接着在该阻障层上成长p型半导体层。
一种发光二极管制造方法，其包括以下几个步骤：
步骤1，提供一衬底，在该衬底上成长n型半导体层；
步骤2，在n型半导体层上成长一层阻障层；
步骤3，接着成长一InN层，在成长InN层后，通入氢气或者氨气并加热反应，使InN层表面凹凸不平；
步骤4，在InN层上成长一InGaN层；
步骤5，在InGaN层上成长阻障层，接着在该阻障层上成长p型半导体层。
上述的发光二极管及其制造方法在制作量子阱层时，成长InN层后，通入氢气或者氨气与InN层反应，使InN层表面变得凹凸不平，然后再在InN层上成长InGaN层，使InGaN层中的In原子不均匀的聚集与分布，部分区域达到高In含量，从而能够提高发光亮度。
附图说明
图1为本发明实施方式中的发光二极管结构示意图。
图2为图1中所示的发光二极管的InGaN层的微观In原子分布示意图。
图3为本发明实施方式中的发光二极管制造方法流程图。
主要元件符号说明
发光二极管                      10
衬底                            100
缓冲层                          200
n型半导体层                     300
有源层                          400
p型半导体层                     500
量子阱层                        410
阻障层                          420
InN层               411
保护层              412
InGaN层             413
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明一较佳实施方式提供的一种发光二极管10包括衬底100、生长在该衬底100上的缓冲层200、生长在该缓冲层200上的n型半导体层300、生长在该n型半导体层300上的有源层400以及生长在该有源层400上的p型半导体层500。
所述衬底100通常为蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、偏铝酸锂(LiAlO2)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、或氮化铟(InN)等，本实施例中，该衬底100为蓝宝石基板。
所述有源层400包括多组量子阱层410以及夹设多组量子阱层410的阻障层420。每一量子阱层410包括InN层411、形成在该InN层411上的保护层412以及形成在该保护层412上的InGaN层413。所述阻障层420以及保护层412为GaN。所述量子阱层410的数量可以为2～20组。当然，能够想到的是，有源层400也可以只包括一组量子阱层410。
制作量子阱层410的过程中，在成长InN层411之后，通入大量的氢气或者氨气并加热，然后控制通入气体的时间以及加热温度，InN层411会与通入的氢气或者氨气进行反应，使InN层411表面凹凸不平。从微观而言，通入的氢气或者氨气会使InN层411上磊晶品质较差的InN被破坏键解，从而使InN层411表面变的不平整。通入时间以及加热温度主要取决于InN层411的厚度，例如，在本实施方式中，InN层411的厚度为0.002微米，此时通入气体的时间大致为12秒，加热温度为550度，当加热温度越高时，所需要的时间越短。
当InN层411通入氢气或者氨气反应完成之后，在InN层411上生长一保护层412。该保护层412为GaN层，用于保护InN层411反应之后的表面形貌，防止后续的升温破坏InN层411的表面。
请一并参阅图2，在保护层412上生长InGaN层413，由于InGaN层413的晶格常数与InN层411的晶格常数接近，InGaN层413中的In原子分布会受到反应完成后的InN层411中的In原子分布的影响，InGaN层413会优先在InN层411上被破坏的表面位置处进行生长，从而使得InGaN层413中的In原子分配不均匀，产生聚集。由于量子阱发光层中的In原子不均匀的聚集与分布，部分区域In原子聚集达到高含量In，从而能够提高发光二极管10的发光亮度。
请参阅图3，本发明实施方式提供的一种发光二极管制造方法包括以下几个步骤：
步骤一，提供一蓝宝石衬底100，在该蓝宝石衬底100上依次成长缓冲层200以及n型半导体层300。
步骤二，在n型半导体层300上成长一层阻障层420。在本实施方式中，所述阻障层420为GaN层。
步骤三，接着成长一InN层411，在成长InN层411后，通入氢气或者氨气并加热，使InN层411与氢气或者氨气反应，使InN层411表面凹凸不平。从微观而言，通入的氢气或者氨气会使InN层411上磊晶品质较差的InN被破坏键解，从而使InN层411的表面变的不平整。通入时间以及加热温度主要取决于InN层411的厚度，例如，在本实施方式中，InN层411的厚度为0.002微米，此时通入气体的时间大致为12秒，加热温度为550度，当加热温度越高时，所需要的时间越短。
步骤四，在InN层411上成长一保护层412，接着再成长一InGaN层413。由于InGaN层413的晶格常数与InN层411的晶格常数接近，所述InGaN层413会优先在InN层411上被破坏的表面位置处进行生长，从而使得InGaN层413中的In原子分配不均匀，产生聚集。由于量子阱发光层中的In原子不均匀的聚集与分布，部分区域In原子聚集达到高含量In。在本实施方式中，保护层412为GaN。
步骤五，重复上述步骤三和步骤四，形成多组量子阱层410。当然，能够想到的是，也可以省略此步骤，只形成一组量子阱层410。
步骤六，在该多组量子阱层410上成长阻障层420，接着在该阻障层420上成长p型半导体层500，此时该发光二极管10制造完成。
相较于现有技术，本发明的发光二极管及其制造方法在制作量子阱层时，成长InN层后，通入氢气或者氨气与InN层反应，使InN层表面变得凹凸不平，然后再在InN层上成长InGaN层，使InGaN层中的In原子不均匀的聚集与分布，部分区域达到高In含量，从而能够提高发光亮度。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种像应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种发光二极管，其包括衬底、依次生长在衬底上的n型半导体层、有源层以及p型半导体层，其特征在于：所述有源层包括至少一量子阱层及夹设该量子阱层的阻障层，所述量子阱层包括InN层以及成长在该InN层上的InGaN层，其中，在成长InN层之后与生长InGaN层之前，通入氢气或者氨气并加热反应，使InN层表面凹凸不平。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述衬底上还生长有一层缓冲层，所述n型半导体层生长在该缓冲层上。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述量子阱层还包括一形成在InN层上的保护层，用于保护InN层与氢气或者氨气反应之后的表面。
4.一种发光二极管制造方法，其包括以下几个步骤：
步骤1，提供一衬底，在该衬底上成长n型半导体层；
步骤2，在n型半导体层上成长一层阻障层；
步骤3，接着成长一InN层，在成长InN层后，通入氢气或者氨气并加热反应，使InN层表面凹凸不平；
步骤4，在InN层上成长一InGaN层；
步骤5，重复上述步骤3和步骤4，形成多组量子阱层；
步骤6，在该多组量子阱层上成长阻障层，接着在该阻障层上成长p型半导体层。
5.如权利要求4所述的发光二极管制造方法，其特征在于：在步骤1中，所述衬底上还生长有一层缓冲层，所述n型半导体层生长在该缓冲层上。
6.如权利要求4所述的发光二极管制造方法，其特征在于：步骤4中，在InN层上还成长一保护层，InGaN层生长在该保护层上。
7.一种发光二极管制造方法，其包括以下几个步骤：
步骤1，提供一衬底，在该衬底上成长n型半导体层；
步骤2，在n型半导体层上成长一层阻障层；
步骤3，接着成长一InN层，在成长InN层后，通入氢气或者氨气并加热反应，使InN层表面凹凸不平；
步骤4，在InN层上成长一InGaN层；
步骤5，在InGaN层上成长阻障层，接着在该阻障层上成长p型半导体层。
8.如权利要求7所述的发光二极管制造方法，其特征在于：在步骤1中，所述衬底上还生长有一层缓冲层，所述n型半导体层生长在该缓冲层上。
9.如权利要求7所述的发光二极管制造方法，其特征在于：步骤4中，在InN层上还成长一保护层，InGaN层生长在该保护层上。
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