CN105826441A - 发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发光二极管及其制作方法，其中所述发光二极管由下至上依次包括缓冲层、非掺氮化物层、N型层、发光层、电子阻挡层、P型层；其中电子阻挡层由下至上依次为生长模式渐变的AlGaN层、P型氮化镓合并层，AlGaN层由二维生长模式向三维生长模式渐变，该结构在实现电子有效阻档的同时降低了空穴注入势垒，二维AlGaN层所形成的势垒对大部分电子实现了有效阻挡，渐变至三维生长模式时形成了孔洞；而P型氮化镓合并层在填充AlGaN层所形成孔洞时形成了空穴注入点，空穴倾向于从注入点遂穿至发光区，从而提高了空穴注入效率。
Description
技术领域
本发明涉及氮化镓半导体器件领域，尤其涉及一种具有高空穴注入效率的发光二极管及其制作方法。
背景技术
发光二极管（英文为LightEmittingDiode，缩写为LED）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光结构，目前氮化镓被视为第三代III-IV族半导体，具有较宽带隙、高发光效率、化学性质稳定等特点，但目前空穴注入效率低成为高亮发光二极管发展瓶颈之一。
在LED结构设计中，介于发光区与P型层之间的电子阻挡层承担着阻隔过冲电子的任务，但是较高的势垒同时会成为空穴注入的障碍。
发明内容
本发明提供一种具有高空穴注入效率的发光二极管及其制作方法，所述发光二极管具有非规则空穴注入点的电子阻挡层，在实现电子有效阻挡同时提高空穴注入效率。
本发明提供的技术方案如下：一种发光二极管，由下至上依次包括：N型层、发光层、电子阻挡层及P型层，其中所述电子阻挡层由下至上依次为生长模式渐变的AlGaN层、P型氮化镓合并层，该结构在实现电子有效阻档的同时降低了空穴注入势垒，二维AlGaN层所形成的势垒对大部分电子实现了有效阻挡，渐变至三维生长模式时形成了孔洞；而P型氮化镓合并层在填充所述AlGaN层所形成孔洞时形成了空穴注入点，空穴倾向于从注入点遂穿至发光区，从而提高了空穴注入效率。
前述发光二极管的制作方法，包括步骤：1）依次生长缓冲层，非掺氮化物层、N型层、发光层；2）在发光层上依次生长模式渐变的AlGaN层、P型氮化镓合并层；3）在所述电子阻挡层生长P型层。
所述步骤2）具体为：首先调整反应室压力、温度、转速，生长二维模式AlGaN层；随后将反应室压力、温度、转速调整至渐变，AlGaN生长过程中其生长模式从二维渐变至三维，并形成孔洞；最后调整反应室生长条件，通入Mg源，生长P型氮化镓合并层填充形成的孔洞。
优选的，所述二维结构的AlGaN层所形成的势垒对大部分电子实现了有效阻挡。
优选的，所述P型氮化镓合并层在填充所述AlGaN层中的孔洞时形成空穴注入点，空穴倾向于从所述空穴注入点遂穿至发光层。
优选的，所述AlGaN层生长模式由二维变成三维。
优选的，所述AlGaN层Al组分保持不变。
优选的，所述AlGaN层Al组分呈现递减趋势。
优选的，所述P型氮化镓合并层Mg掺浓度保持一致。
优选的，所述P型氮化镓合并层Mg掺浓度递减。
优选的，所述P型氮化镓合并层Mg掺最高浓度不高于P型层Mg掺浓度。
优选的，通过调整反应室压力、温度、转速，实现AlGaN层生长模式渐变。
优选的，通过调整Al源、Ga源通入量，实现Al组分渐变或突变。
优选的，通过调整反应室生长条件，使用P型氮化镓合并层趋向于二维生长，实现步骤4）所述填充孔洞。
优选的，通过调整Mg源通入量，实现Mg掺含量一致或递增。
本发明至少具有以下有益效果：本案中的电子阻挡层在实现电子有效阻档的同时降低了空穴注入势垒，二维AlGaN层所形成的势垒对大部分电子实现了有效阻挡，渐变至三维生长模式时形成了孔洞；而P型氮化镓合并层在填充AlGaN层所形成孔洞时形成了空穴注入点，空穴倾向于从注入点遂穿至发光区，从而提高了空穴注入效率。
附图说明
图1为根据本发明实施的一种具有高空穴注入效率的发光二极管外延片结构设计。
图中标示：1.衬底，2.缓冲层，3.非掺氮化镓层，4.N型氮化镓层，5.发光层，6.电子阻挡层，7.P型层，601.生长模式渐变的AlGaN层，602.P型氮化镓合并层。
具体实施方式
为使本发明更易于理解其实质性特点及其所具的实用性，下面便结合附图对本发明若干具体实施例作进一步的详细说明，但需要说明的是以下关于实施例的描述及说明对本发明保护范围不构成任何限制。
实施例
图1为根据本发明实施的一种具有高空穴注入效率的发光二极管外延片结构示意图，本实施例中外延层由下至上依次包括：（1）蓝宝石衬底1；（2）低温缓冲层2，可以为氮化镓、氮化铝、或铝镓氮结合，膜厚在10~100nm之间；（3）非掺氮化镓层3，膜厚在300~7000nm之间，优选3500nm；（4）N型氮化镓层4，厚度大于1000nm；（5）量子阱发光层5，以InGaN作为阱层、以GaN或AlGaN或二者组合作为垒层构成，其中垒层厚度在50~150nm之间、阱层厚度在1~20nm之间；（6）电子阻挡层6；（7）P型层7，厚度在0.1~2μm之间，优选200nm，Mg掺浓度优选5×1020/cm3。
所述电子阻挡层6由下至上依次包括：生长模式渐变的AlGaN层601和P型氮化镓合并层602，具体生长方法可以如下：（1）首先调整反应室的压力至70torr、温度设定1000℃、转速设定500rmp/h，生长二维模式AlGaN层，优选Al组分为12%；（2）随后设定反应室压力、温度、转速分别渐变至300torr、700℃、1000rmp/h，生长从二维模式渐变至三维模式的AlGaN层，并形成孔洞，优选Al组分为12%；（3）随后反应室压力至500torr、970℃、1200rmp/h，使反应室利于二维模式生长，停止通入Al源，开始通入Mg源，生长P型氮化镓合并层602填充步骤（2）中所形成的孔洞，形成空穴注入点，Mg掺浓度优选3×1020/cm3。
作为本发明的一个具体实施例，本发明中电子阻挡层在实现电子有效阻档的同时降低了空穴注入势垒，二维AlGaN层所形成的势垒对大部分电子实现了有效阻挡，渐变至三维生长模式时形成了孔洞；而P型氮化镓合并层在填充AlGaN层所形成孔洞时形成了空穴注入点，空穴倾向于从注入点遂穿至发光区，从而提高了空穴注入效率。
作为本实施例中第一个实施例变形，调整AlGaN层601中的Al组分，使其实现随生长模式变化逐渐降低趋势，优选二维AlGaN层中Al组分从15%渐变至10%，三维AlGaN层中Al组分从10%继续逐渐降低至5%。通过在提高二维模式AlGaN层中的Al组分，实现电子的有效阻挡，随后Al组分逐渐降低，有利于进一步提高空穴注入效率。
作为本实施例的第二个实施例变形，P型氮化镓合并层602在生长过程中，Mg掺浓度由高变低，本案中优选初始Mg掺与P型层一致，最低Mg掺浓度渐变至为1×1020/cm3，空穴注入点所处位置Mg掺浓度较高，进一步实现对空穴的有效聚集，随后Mg掺浓度降低，有利于恢复晶格质量，提高二维生长有效性，利于孔洞填充。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、润饰和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进均视为在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.发光二极管，包括：N型层、发光层、电子阻挡层和P型层，其特征在于：所述电子阻挡层由下至上依次为AlGaN层、P型氮化镓合并层，所述AlGaN层由二维结构生长渐变至三维结构，在渐变至三维生长模式时形成孔洞，P型氮化镓合并层填充所述孔洞。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述二维结构的AlGaN层所形成的势垒对大部分电子实现了有效阻挡。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述P型氮化镓合并层在填充所述AlGaN层中的孔洞时形成空穴注入点，空穴倾向于从所述空穴注入点遂穿至发光层。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述AlGaN层Al组分保持不变。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述AlGaN层Al组分呈现递减趋势。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述P型氮化镓合并层Mg掺浓度保持一致。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述P型氮化镓合并层Mg掺浓度递减。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述P型氮化镓合并层Mg掺最高浓度不高于P型层Mg掺浓度。
9.发光二极管的制作方法，包括步骤：
1）依次生长缓冲层，非掺氮化物层、N型层、发光层；
2）随后生长电子阻挡层，首先调整反应室压力、温度、转速，生长二维模式AlGaN层；
3）控制反应室压力、温度、转速渐变，AlGaN生长过程中，其生长模式从二维渐变至三维，并形成孔洞；
4）调整反应室生长条件，通入Mg源，生长P型氮化镓合并层填充步骤3）中形成的孔洞；
在所述电子阻挡层上生长P型层。
10.根据权利要求9所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：通过调整反应室压力、温度、转速，实现AlGaN层生长模式渐变。
11.根据权利要求9所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：通过调整Al源、Ga源通入量，实现Al组分渐变或突变。
12.根据权利要求9所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：通过调整反应室生长条件，使用P型氮化镓合并层趋向于二维生长，实现步骤4）所述填充孔洞。
13.根据权利要求9所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：通过调整Mg源通入量，实现Mg掺含量一致或递增。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |