CN105633230B - 一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管及其制作方法 - Google Patents

一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管及其制作方法，包括：衬底，缓冲层，N型氮化物，具有V‑pits的多量子阱，P型氮化物，无Mg掺杂的AlN量子点，具有高Mg掺杂的P型氮化物以及P型接触层，其中在P型氮化物和具有高Mg掺杂的P型氮化物之间插入AlN量子点层，量子点通过高电阻的AlN量子点的多步弛豫沉积方法，均匀地堵住位错线的终端，防止电流流经位错线区域，提高反向电压、降低漏电、改善电流的横向扩展和改善ESD。

Description

一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管及其制作方法。
背景技术
现今，发光二极管（LED），特别是氮化物发光二极管因其较高的发光效率，在普通照明领域已取得广泛的应用。氮化物发光二极管一般在异质衬底上外延，因晶格失配和热失配会产生大量的位错和缺陷，虽然通过结构设计可减少部分位错，但仍有大量的位错会延伸至P型层形成漏电通道，电子会倾向于流向阻值较低的位错线，降低电流的横向提高扩展，导致ESD偏差并引发漏电。
鉴于现有技术的氮化物发光二极管存在的性能问题，因此有必提出一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管的制作方法。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管及其制作方法，通过在P型氮化物和具有高Mg掺杂的P型氮化物之间插入一AlN量子点层，该量子点通过高电阻的AlN量子点的多步弛豫沉积方法，均匀地堵住位错线的终端，防止电流流经位错线区域，提高反向电压、降低漏电、改善电流的横向扩展和改善ESD。
根据本发明的第一方面，一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管，包括：衬底，缓冲层，N型氮化物，具有V-pits的多量子阱，P型氮化物，无Mg掺杂的AlN量子点，具有高Mg掺杂的P型氮化物以及P型接触层，其特征在于：在P型氮化物和具有高Mg掺杂的P型氮化物之间插入AlN量子点层，量子点通过高电阻的AlN量子点的多步弛豫沉积方法，均匀地堵住位错线的终端，防止电流流经位错线区域，提高反向电压、降低漏电、改善电流的横向扩展和改善ESD。
根据本发明的第二方面，一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
（1）在衬底上依次沉积缓冲层，N型氮化物，具有V-pits的多量子阱以及P型氮化物；
（2）在P型氮化物上沉积无Mg掺杂AlN量子点，该量子点均匀地覆盖住位错线的终端，使位错线终止于AlN量子点，然后在AlN量子点的间隙位置沉积高Mg掺杂浓度的氮化物；
（3）外延生长无位错线的P型接触层，因位错线被AlN量子点终结于P型氮化物，该发光二极管在电流注入时，可防止电流流经位错线区域，提高反向电压、降低漏电、改善电流的横向扩展和改善ESD。
进一步地，所述步骤（2）的无Mg掺杂AlN量子点采用多步弛豫方法沉积。
进一步地，所述步骤（2）的AlN量子点采种多步弛豫的沉积方法包含子步骤（a）~（e），首先，子步骤（a）将反应室的温度降至600-800度的低温，优选650度，反应室压强升至400-600Torr，优选500Torr，关闭NH3和H2，往反应室通入TMAl，预铺一层Al金属层，厚度约10~100nm，优选50nm；子步骤（b）将温度升至1100-1300度的高温，优选1200度，关闭TMAl，使Al原子弛豫至能量最低的位错线终端，形成Al金属量子点；子步骤（c）往反应室通入NH3，不通Cp2Mg，生成高阻值的无Mg掺杂的AlN量子点；子步骤（d），关闭NH3和N2，往反应室通过H2，通过高温H2对残余的Al原子进行腐蚀，并使AlN量子点进一步弛豫至位错线的终端；子步骤（e），将反应室温度降至900-1100度，优选950度，反应室压强升至200-300Torr，优选300Torr，通入TMGa和Cp2Mg，在AlN量子点的间隙位置沉积高Mg掺杂的氮化物。
进一步地，所述步骤（2）在AlN量子点的间隙位置沉积高Mg掺杂浓度的氮化物的Mg掺杂浓度为1E19~5E20cm-3，优选5E19cm-3。
进一步地，所述步骤（3）生长无位错的P型接触层，因位错线终端被AlN量子点所填充，生长的P型接触层无位错线，以降低非辐射复合和提升电子的扩展。
附图说明
图1为本发明实施例的传统氮化物发光二极管的电流示意图。
图2为本发明实施例的一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管的电流示意图。
图3为本发明实施例的一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管的制作方法示意图。
图示说明：100：衬底，101：缓冲层，102：N型氮化物，103：具有V-pits的多量子阱，104：P型氮化物，105a：无Mg掺杂的AlN量子点，105b：具有高Mg掺杂的P型氮化物，106：P型接触层。
具体实施方式
如图1所示，传统的氮化物发光二极管，依次包括衬底100，缓冲层101，N型氮化物102，具有V-pits的多量子阱103，P型氮化物104以及 P型接触层106，因晶格失配和热失配导致的大量的位错会延伸至P型层形成漏电通道，电子会倾向于流向阻值较低的位错线，降低电流的横向提高扩展导致EDS偏差并引发漏电。
如图2所示，本发明提出的一种具有AlN量子点的发光二极管，依次包括衬底100，缓冲层101，N型氮化物102，具有V-pits的多量子阱103，P型氮化物104，无Mg掺杂的AlN量子点105a，具有高Mg掺杂的P型氮化物105b以及P型接触层106，其中在P型氮化物和具有高Mg掺杂的P型氮化物之间插入的无Mg掺杂的AlN量子点，均匀地覆盖住位错线的终端，使位错线终止于AlN量子点，防止电流进入阻值低的穿透位错线，提高反向电压和降低漏电，改善电流的横向扩展，提升ESD。
本发明所提出的具有AlN量子点的氮化物发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
首先，采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）在衬底100上依次沉积缓冲层101，N型氮化物102，具有V-pits的多量子阱103以及P型氮化物104。
其次，采用多步弛豫方法在P型氮化物上沉积无Mg掺杂AlN量子点105a，该量子点均匀地覆盖住位错线的终端，使位错线终止于AlN量子点；然后在AlN量子点的间隙位置沉积高Mg掺杂浓度的氮化物105b。步骤（2）的AlN量子点采种多步弛豫的沉积方法包含子步骤（a）~（e），如图3所示。首先，子步骤（a）将反应室的温度降至650度的低温，反应室压强升至500Torr，关闭NH3和H2，往反应室通入TMAl，预铺一层Al金属层，厚度约50nm；子步骤（b）将温度升至1200度的高温，关闭TMAl，使Al原子弛豫至能量最低的位错线终端，形成Al金属量子点；子步骤（c）往反应室通入NH3，不通Cp2Mg，生成高阻值的无Mg掺杂的AlN量子点；子步骤（d），关闭NH3和N2，往反应室通过H2，通过高温H2对残余的Al原子进行腐蚀，并使AlN量子点进一步弛豫至位错线的终端；子步骤（e），将反应室温度降至950度，反应室压强升至300Torr，通入TMGa和Cp2Mg，在AlN量子点的间隙位置沉积高Mg掺杂的氮化物，Mg掺杂浓度为5E19cm-3。
最后，外延生长无位错线的P型接触层106，生成具有AlN量子点的氮化物发光二极管。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。

Claims (8)

1.一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管，包括：衬底，缓冲层，N型氮化物，具有V-pits的多量子阱，P型氮化物，无Mg掺杂的AlN量子点，具有高Mg掺杂的P型氮化物以及P型接触层，其特征在于：在P型氮化物和具有高Mg掺杂的P型氮化物之间插入AlN量子点层，量子点通过高电阻的AlN量子点的多步弛豫沉积方法，均匀地堵住位错线的终端，防止电流流经位错线区域，提高反向电压、降低漏电、改善电流的横向扩展和改善ESD；所述多步弛豫沉积方法包含子步骤（a）~（e），子步骤（a）预铺一层Al金属层；子步骤（b）使Al原子弛豫至能量最低的位错线终端，形成Al金属量子点；子步骤（c）生成高阻值的无Mg掺杂的AlN量子点；子步骤（d）对残余的Al原子进行腐蚀，并使AlN量子点进一步弛豫至位错线的终端；子步骤（e）在AlN量子点的间隙位置沉积高Mg掺杂的氮化物。
2.一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
（1）在衬底上依次沉积缓冲层、N型氮化物，具有V-pits的多量子阱以及P型氮化物；
（2）在P型氮化物上采用多步弛豫沉积方法沉积无Mg掺杂AlN量子点，该量子点均匀地覆盖住位错线的终端，使位错线终止于AlN量子点，然后在AlN量子点的间隙位置沉积高Mg掺杂浓度的氮化物；
（3）外延生长无位错线的P型接触层；
所述步骤（2）的AlN量子点采用多步弛豫沉积方法包含子步骤（a）~（e），子步骤（a）预铺一层Al金属层；子步骤（b）使Al原子弛豫至能量最低的位错线终端，形成Al金属量子点；子步骤（c）生成高阻值的无Mg掺杂的AlN量子点；子步骤（d）对残余的Al原子进行腐蚀，并使AlN量子点进一步弛豫至位错线的终端；子步骤（e）在AlN量子点的间隙位置沉积高Mg掺杂的氮化物。
3.根据权利要求2所述的一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管的制作方法，其特征在于：所述子步骤（a）将反应室的温度降至600-800度的低温，反应室压强升至400-600Torr，关闭NH3和H2，往反应室通入TMAl，预铺一层Al金属层，厚度10~100nm。
4.根据权利要求2所述的一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管的制作方法，其特征在于：所述子步骤（b）将温度升至1100-1300度的高温，关闭TMAl，使Al原子弛豫至能量最低的位错线终端，形成Al金属量子点。
5.根据权利要求2所述的一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管的制作方法，其特征在于：所述子步骤（c）往反应室通入NH3，不通Cp2Mg，生成高阻值的无Mg掺杂的AlN量子点。
6.根据权利要求2所述的一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管的制作方法，其特征在于：所述子步骤（d）关闭NH3和N2，往反应室通过H2，通过高温H2对残余的Al原子进行腐蚀，并使AlN量子点进一步弛豫至位错线的终端。
7.根据权利要求2所述的一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管的制作方法，其特征在于：所述子步骤（e）将反应室温度降至900-1100度，反应室压强升至200-300Torr，通入TMGa和Cp2Mg，在AlN量子点的间隙位置沉积高Mg掺杂的氮化物。
8.根据权利要求2所述的一种具有AlN量子点的氮化物发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（2）在AlN量子点的间隙位置沉积高Mg掺杂浓度的氮化物的Mg掺杂浓度为1E19~5E20cm-3。
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