CN103367594B - 一种发光二极管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管及其制备方法，通过以Mg的均匀掺杂的p型GaN层替代非掺杂的GaN层作为Mg的δ掺杂的p型GaN的最终覆盖层，能够在一定程度上改善p型欧姆接触层质量，提高外量子效率，而且Mg的δ掺杂的P型GaN层和Mg的均匀掺杂的P型GaN层组成的复合型p型GaN欧姆接触层，既可以获得高的空穴浓度从而增加电子空穴的复合发光效率，又可以降低欧姆接触电阻，使得发光二极管的整体电学特性变佳。

Description

一种发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体照明领域，具体涉及一种发光二极管及其制备方法。

背景技术

随着LED技术的快速发展和LED芯片的发光效率与封装技术的不断提高，近年来短波长紫外LED（UV-LED）巨大的应用价值引起了人们的高度关注，成为了全球半导体光电子器件研究领域和投资的新热点。UV-LED是新近发展起来的固体光源，其光谱波段集中在紫外范围内，相比传统的紫外光源，拥有独一无二的优势，包括功耗低、发光响应快、可靠性高、辐射效率高、寿命长、对环境无污染、结构紧凑等诸多优点，十分有希望取代现有的紫外高压水银灯成为下一代的紫外光光源。

与发展相对成熟的InGaN基蓝光发光二极管相比，AlGaN基紫外发光二极管

（UV-LED）的发光效率仍然很低，而且UV-LED的工作波长越短，其发光效率就越低。当发光波长小于300nm时其外量子效率小于2%（A.Khan,K.Balakrishnan,andT.Katona,NaturePhotonics2,77(2008).）。为增加电流扩散效果，提高外量子效率，高质量的p型AlGaN欧姆接触层就显得尤为关键。由于p型AlGaN层的欧姆接触难以制备，一般会在p型AlGaN层上再生长一层p型GaN薄膜作为欧姆接触层的顶表面（T.NishidaandN.Kobayashi,Phys.StatusSolidiA176,45(1999)，V.Adivarahan,W.H.Sun,A.Chitnis,M.Shatalov,S.Wu,H.P.Maruska,andM.AsifKhan,Appl.Phys.Lett.85,2175(2004)，A.Fujioka,T.Misaki,T.Murayama,Y.Narukawa,andT.Mukai,andA.Khan:Appl.Phys.Express3,041001(2010)）。

之前，δ掺杂技术(δ-doping)被用在砷化镓基器件来改善n-GaAs的电导性能。研究结果表明，δ掺杂样品比均匀掺杂样品显示出许多优点：载流子浓度高、自补偿作用小、电阻率低（E.F.Shcubert,J.E.omni,Dgham,W.T.Tsang,and13.L.Timp,1987Appl.Phys.Lett.511170，K.L.Tan,D.C.Streit,R.M.Dia,S.K.Wang,P.M.D.H.C.Yen,1991IEEEElectron.Device12213，J．L．DeMiguel,S.M.Shibli,M.C.Tamargo,andB.J.Skromme,1988Appl.Phys.Lett.532065．）。而近来当GaN基材料研究开始兴盛时，有科研人员把δ掺杂技术应用于Si掺杂的n型GaN材料的生长上，结果增强了半导体的电学性能并且降低了刃型位错缺陷密度。Jiang等人（M.L.Nakarmi,K.H.Kim,J.Li,J.Y.Lin,andH.X.Jiang,2003Appl.Phys.Lett.,Vol.82,No.18.）曾把Mg的δ掺杂技术应用到p型GaN和p型Al_0.07Ga_0.93N材料的生长中，他们发现Mg的δ掺杂不仅能增强电学性能，而且也能有效地降低位错密度。

但目前由于Mg的δ掺杂的p型GaN通常以非掺杂的GaN层作为最终覆盖层，而非掺杂的GaN导电性能不佳，所以导致p型GaN欧姆接触层的质量较差。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种发光二极管及其制备方法，解决了现有技术中因非掺杂的GaN导电性能不佳，导致p型GaN欧姆接触层的质量较差的问题，同时解决了发光效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种发光二极管，包括从下至上依次设置的衬底、低温AlN成核层、缓冲层、n型AlGaN层、多量子阱有源发光层、p型AlGaN电子阻挡层、p型AlGaN层和复合型p型GaN欧姆接触层，所述复合型p型GaN欧姆接触层顶面上设置有p型电极，所述n型AlGaN层刻蚀出阶梯状台面，所述阶梯台面的延伸与多量子阱有源发光层的底面连接，所述阶梯台面上设置有n型电极；所述复合型p型GaN欧姆接触层包括Mg的δ掺杂的P型GaN层以及生长在Mg的δ掺杂的P型GaN层顶面上的Mg的均匀掺杂的P型GaN层，所述Mg的δ掺杂的P型GaN层由若干个δ掺杂周期结构叠加构成，所述δ掺杂周期结构包括一层GaN层和在GaN上生长的一层Mg的δ掺杂层。

一种发光二极管的制备方法，其特征在，包括以下步骤：

步骤一，利用生长工艺在衬底上依次生长低温AlN成核层、缓冲层、n型AlGaN层、多量子阱有源发光层、p型AlGaN电子阻挡层和p型AlGaN层；

步骤二，制备复合型p型GaN欧姆接触层，具体步骤为：

A）制备Mg的δ掺杂的P型GaN层，先在p型AlGaN层上生长一层GaN层后，停止Ga源的供应，经过5-60秒的吹扫步骤后，通入60-180sccm的Mg源，15-60秒后停止Mg源的供应，重新打开Ga源，再生长一层GaN层，不断重复以上步骤若干次；

B）在Mg的δ掺杂的P型GaN层上生长一层Mg的均匀掺杂的P型GaN层；

步骤三，采用刻蚀工艺，在部分区域从复合型p型GaN欧姆接触层刻蚀到n型AlGaN层，形成阶梯台面；

步骤四，在阶梯台面上光刻n型电极图形，采用电子束蒸镀工艺，在n型电极图形区域蒸镀n型电极，形成良好的欧姆接触；

步骤五，在复合型p型GaN欧姆接触层上光刻p型电极图形，采用电子束蒸镀工艺，在p型电极图形区域蒸镀p型电极，形成良好的欧姆接触，完成二极管制作。

所述Mg的均匀掺杂的p型GaN层的厚度为5-150nm；所述GaN层（3）的厚度为5-30nm。

所述缓冲层为一个周期以上的AlN/AlGaN超晶格结构；所述多量子阱有源发光层（106）为AlGaN/AlGaN多量子阱结构或InAlGaN/AlGaN多量子阱结构。

本发明的有益效果：1、本发明通过以Mg的均匀掺杂的p型GaN层替代非掺杂的GaN层作为Mg的δ掺杂的p型GaN的最终覆盖层，能够在一定程度上改善p型欧姆接触层质量，提高外量子效率；2、本发明通过Mg的δ掺杂的P型GaN层和Mg的均匀掺杂的P型GaN层组成的复合型p型GaN欧姆接触层，可以降低欧姆接触电阻，使得发光二极管的整体电学特性变佳。

附图说明

图1为本发明的侧视图。

图2为本发明的复合型p型GaN欧姆接触层的侧视图。

图3为Mg的δ掺杂的P型GaN层的一个周期的制备过程。

图4为复合型p型GaN欧姆接触层与普通p型GaN欧姆接触层的实测电阻率曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示：一种新型结构的发光二极管，包括从下至上依次设置的衬底101、低温AlN成核层102、缓冲层103、n型AlGaN层104、多量子阱有源发光层106、p型AlGaN电子阻挡层107、p型AlGaN层108和复合型p型GaN欧姆接触层109，所述复合型p型GaN欧姆接触层109顶面上设置有p型电极110，所述n型AlGaN层104刻蚀出阶梯状台面，所述阶梯台面的延伸与多量子阱有源发光层106的底面连接，所述阶梯台面上设置有n型电极105。

如图2所示：复合型p型GaN欧姆接触层109包括Mg的δ掺杂的P型GaN层以及生长在Mg的δ掺杂的P型GaN层顶面上的Mg的均匀掺杂的P型GaN层1，所述Mg的δ掺杂的P型GaN层由若干个δ掺杂周期结构叠加构成，所述δ掺杂周期结构包括一层GaN层（3）和在GaN上生长的一层Mg的δ掺杂层2，所述Mg的均匀掺杂的p型GaN层1的厚度为5-150nm，所述GaN层3的厚度为5-30nm。

所述缓冲层103为一个周期以上的AlN/AlGaN超晶格结构。

所述多量子阱有源发光层106为AlGaN/AlGaN多量子阱结构或InAlGaN/AlGaN多量子阱结构。

以上所述的发光二极管的制备方法，其特征在，包括以下步骤：

步骤一，利用生长工艺在衬底101上依次生长低温AlN成核层102、缓冲层103、n型AlGaN层104、多量子阱有源发光层106、p型AlGaN电子阻挡层107和p型AlGaN层108；

步骤二，制备复合型p型GaN欧姆接触层109，具体步骤为：

A）制备Mg的δ掺杂的P型GaN层，先在p型AlGaN层108上生长一层GaN层3后，停止Ga源的供应，经过5-60秒的吹扫步骤后，通60-180sccm的Mg源，15-60秒后停止Mg源的供应，重新打开Ga源，再生长一层GaN层3，不断重复以上步骤若干次，在生长过程中NH₃一直保持通入的状态；

B）在Mg的δ掺杂的P型GaN层上生长一层Mg的均匀掺杂的P型GaN层1；

步骤三，采用刻蚀工艺，在部分区域从复合型p型GaN欧姆接触层109刻蚀到n型AlGaN层104，形成阶梯台面；

步骤四，在阶梯台面上光刻n型电极图形，采用电子束蒸镀工艺，在n型电极图形区域蒸镀n型电极105，形成良好的欧姆接触；

步骤五，在复合型p型GaN欧姆接触层109上光刻p型电极图形，采用电子束蒸镀工艺，在p型电极图形区域蒸镀p型电极110，形成良好的欧姆接触，完成二极管制作。

如图4所示：为复合型p型GaN欧姆接触层与普通p型GaN欧姆接触层的实测电阻率曲线。可以看出相比普通p型GaN欧姆接触层，复合型p型GaN欧姆接触层109具有较低电阻率，有利于制备较高质量的欧姆接触层。

本发明中Mg的δ掺杂和Mg的均匀掺杂使用的Mg为二茂镁（CP₂Mg），也可用其它镁的化合物代替，但目前还没有比较合适的，本发明通过以Mg的均匀掺杂的p型GaN层1替代非掺杂的GaN层作为Mg的δ掺杂的p型GaN的最终覆盖层，能够在一定程度上改善p型欧姆接触层质量，提高外量子效率，而且Mg的δ掺杂的P型GaN层和Mg的均匀掺杂的P型GaN层1组成的复合型p型GaN欧姆接触层109，既可以获得高的空穴浓度从而增加电子空穴的复合发光效率，又可以降低欧姆接触电阻，使得发光二极管的整体电学特性变佳。

必须指出的是：本发明不仅适用于同侧结构的AlGaN基UV-LED，对于垂直结构以及正、倒装结构的AlGaN基UV-LED结构也同样适用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种发光二极管的制备方法，所述发光二极管包括从下至上依次设置的衬底（101）、低温AlN成核层（102）、缓冲层（103）、n型AlGaN层（104）、多量子阱有源发光层（106）、p型AlGaN电子阻挡层（107）、p型AlGaN层（108）和复合型p型GaN欧姆接触层（109），所述复合型p型GaN欧姆接触层（109）顶面上设置有p型电极（110），所述n型AlGaN层（104）刻蚀出阶梯台面，所述阶梯台面的延伸与多量子阱有源发光层（106）的底面连接，所述阶梯台面上设置有n型电极（105）；所述复合型p型GaN欧姆接触层（109）包括Mg的δ掺杂的P型GaN层以及生长在Mg的δ掺杂的P型GaN层顶面上的Mg的均匀掺杂的P型GaN层（1），所述Mg的δ掺杂的P型GaN层由若干个δ掺杂周期结构叠加构成，所述δ掺杂周期结构包括一层GaN层（3）和在GaN层（3）上生长的一层Mg的δ掺杂层（2），其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，利用生长工艺在衬底（101）上依次生长低温AlN成核层（102）、缓冲层（103）、n型AlGaN层（104）、多量子阱有源发光层（106）、p型AlGaN电子阻挡层（107）和p型AlGaN层（108）；

步骤二，制备复合型p型GaN欧姆接触层（109），具体步骤为：

A）制备Mg的δ掺杂的P型GaN层，先在p型AlGaN层（108）上生长一层GaN层（3）后，停止Ga源的供应，经过5-60秒的吹扫步骤后，通入60-180sccm的Mg源，15-60秒后停止Mg源的供应，重新打开Ga源，再生长一层GaN层（3），不断重复以上步骤若干次；

B）在Mg的δ掺杂的P型GaN层上生长一层Mg的均匀掺杂的P型GaN层（1）；

步骤三，采用刻蚀工艺，在部分区域从复合型p型GaN欧姆接触层（109）刻蚀到n型AlGaN层（104），形成阶梯台面；

步骤四，在阶梯台面上光刻n型电极图形，采用电子束蒸镀工艺，在n型电极图形区域蒸镀n型电极（105），形成良好的欧姆接触；

步骤五，在复合型p型GaN欧姆接触层（109）上光刻p型电极图形，采用电子束蒸镀工艺，在p型电极图形区域蒸镀p型电极（110），形成良好的欧姆接触，完成二极管制作。

2.根据权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述Mg的均匀掺杂的p型GaN层（1）的厚度为5-150nm。

3.根据权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述GaN层（3）的厚度为5-30nm。

4.根据权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述缓冲层（103）为一个周期以上的AlN/AlGaN超晶格结构。

5.根据权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述多量子阱有源发光层（106）为AlGaN/AlGaN多量子阱结构或InAlGaN/AlGaN多量子阱结构。