CN113964246B - 发光二极管的外延结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种发光二极管的外延结构及其制造方法，发光二极管的外延结构包括：衬底；位于衬底上的外延层，所述外延层包括在衬底上依次堆叠的第一半导体层、发光层、电子阻挡层和第二半导体层，所述第一半导体层具有第一掺杂类型，所述第二半导体具有第二掺杂类型，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型的极性相反；位于所述外延层中的碳掺杂的氮化物层，所述碳掺杂的氮化物层包括碳掺杂的第二氮化物层，所述碳掺杂的第二氮化物层位于所述发光层和所述电子阻挡层之间。本发明提供的发光二极管的外延结构及其制造方法，可以提高发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，更具体地，涉及一种发光二极管的外延结构及其制造方法。
背景技术
氮化物半导体发光二极管具有可调范围广泛的波长范围、发光效率高、节能环保、寿命长、尺寸小、可设计性强等优势，已逐渐取代白炽灯和卤素灯，成为普通家庭照明的光源，并广泛应用新的场景，如显示屏、车灯、植物照明、医疗、固化、杀菌消毒等各种领域。
然而，氮化物半导体通过采用异质外延在蓝宝石上生长发光二极管的外延结构，由于晶格失配，不可避免地带来缺陷，穿透位错导致氮化物半导体发光二极管的漏电流增加及发光效率降低，并且会导致氮化物半导体激光元件的寿命变短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管的外延结构及其制造方法，提高发光效率。
根据本发明提供的一种发光二极管的外延结构，其中，包括：衬底；位于衬底上的外延层，所述外延层包括在衬底上依次堆叠的第一半导体层、发光层、电子阻挡层和第二半导体层，所述第一半导体层具有第一掺杂类型，所述第二半导体具有第二掺杂类型，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型的极性相反；位于所述外延层中的碳掺杂的氮化物层；所述碳掺杂的氮化物层包括碳掺杂的第二氮化物层，所述碳掺杂的第二氮化物层位于所述发光层和所述电子阻挡层之间
优选地，所述碳掺杂的氮化物层还包括碳掺杂的第一氮化物层，所述碳掺杂的第一氮化物层位于所述第一半导体层和所述发光层之间。
优选地，所述碳掺杂的第一氮化物层的碳掺杂浓度为1E18cm-3～1E19cm-3，所述碳掺杂的第一氮化物层的厚度为1～1000nm。
优选地，所述碳掺杂的第二氮化物层的碳掺杂浓度为1E18cm-3～1E19cm-3。
优选地，所述碳掺杂的第二氮化物层的厚度为1～100nm。
优选地，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度沿着所述氮化物层的厚度方向按照梯度变化。
优选地，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度按照渐变式梯度变化，或者，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度按照跃迁式梯度变化；其中，所述渐变式梯度变化中，碳浓度为依次连续变化的数值；所述跃迁式梯度变化中，碳浓度的变化值为固定数值。
优选地，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度沿着所述氮化物层的厚度方向不变。
优选地，所述碳掺杂的氮化物层为氮化物、三元混晶氮化物、四元混晶氮化物、超晶格结构、浅量子阱结构中的至少一种。
优选地，所述碳掺杂的氮化物层为GaN、AlN、InN、AlGaN、AlInN、InGaN、AlInGaN、GaN/InN超晶格、GaN/AlN超晶格、InN/GaN超晶格、GaN/AlGaN超晶格，GaN/AlInN超晶格，GaN/InGaN超晶格，GaN/AlInGaN超晶格，InGaN/AlGaN超晶格，InGaN/AlInN超晶格，InGaN/AlInGaN超晶格，AlGaN/AlInN超晶格，AlGaN/AlInGaN超晶格，AlInGaN/AlInGaN超晶格，InGaN/GaN浅量子阱，InGaN/AlGaN浅量子阱，InGaN/AlInGaN浅量子阱中的至少一种。
根据本发明的另一方面，提供一种发光二极管的外延结构的制造方法，其中，包括：在衬底上形成外延层，所述外延层包括在衬底上依次堆叠的第一半导体层、发光层、电子阻挡层和第二半导体层，所述第一半导体层具有第一掺杂类型，所述第二半导体具有第二掺杂类型，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型的极性相反；在所述外延层中外延生长形成碳掺杂的氮化物层；其中，所述碳掺杂的氮化物层包括碳掺杂的第二氮化物层，所述碳掺杂的第二氮化物层位于所述发光层和所述电子阻挡层之间。
优选地，所述碳掺杂的氮化物层还包括碳掺杂的第一氮化物层，所述碳掺杂的第一氮化物层位于所述第一半导体层和所述发光层之间。
优选地，所述碳掺杂的第一氮化物层的碳掺杂浓度为1E18cm-3～1E19cm-3，所述碳掺杂的第一氮化物层的厚度为1～1000nm。
优选地，所述碳掺杂的第二氮化物层的碳掺杂浓度为1E18～1E19cm-3。
优选地，所述碳掺杂的第二氮化物层的厚度为1～100nm。
优选地，在外延生长所述碳掺杂的氮化物层时通入氮源气体，所述氮源气体包括氢气、氨气和氮气中的至少一种。
优选地，所述碳掺杂的第一氮化物层的生长温度为600℃～800℃；生长压力小于250Torr；通入的氮源气体中氨气的体积分数小于65％。
优选地，所述碳掺杂的第二氮化物层的生长温度为600℃～800℃；生长压力小于250Torr；通入的氮源气体中氨气的体积分数小于65％，通入的氮源气体中氢气的体积分数大于45％。
优选地，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度沿着所述氮化物层的厚度方向按照梯度变化。
优选地，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度按照渐变式梯度变化，或者，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度按照跃迁式梯度变化；其中，所述渐变式梯度变化中，碳浓度为依次连续变化的数值；所述跃迁式梯度变化中，碳浓度的变化值为固定数值。
优选地，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度沿着所述氮化物层的厚度方向不变。
优选地，所述碳掺杂的氮化物层为氮化物、三元混晶氮化物、四元混晶氮化物、超晶格结构、浅量子阱结构中的至少一种。
优选地，所述碳掺杂的氮化物层为GaN、AlN、InN、AlGaN、AlInN、InGaN、AlInGaN、GaN/InN超晶格、GaN/AlN超晶格、InN/GaN超晶格、GaN/AlGaN超晶格，GaN/AlInN超晶格，GaN/InGaN超晶格，GaN/AlInGaN超晶格，InGaN/AlGaN超晶格，InGaN/AlInN超晶格，InGaN/AlInGaN超晶格，AlGaN/AlInN超晶格，AlGaN/AlInGaN超晶格，AlInGaN/AlInGaN超晶格，InGaN/GaN浅量子阱，InGaN/AlGaN浅量子阱，InGaN/AlInGaN浅量子阱中的至少一种。
根据本发明实施例的发光二极管的外延结构及其制造方法，在外延层中形成碳掺杂的氮化物层，可以提高发光二极管的抗静电能力以及发光二极管的发光效率。
进一步地，在外延层的发光层和电子阻挡层之间形成碳掺杂的第二氮化物层，可调控发光层的电子空穴在发光层的分布，显著增强空穴的注入效率，提升空穴和电子波函数的重复几率；增强发光层的电子限制效应，增强电子空穴的复合效率，从而提升发光二极管的发光效率。
进一步地，在外延层的第一半导体层和发光层之间形成碳掺杂的第一氮化物层，碳掺杂的第一氮化物层的碳掺杂浓度为1E18cm-3～1E19cm-3，由于衬底与外延层之间存在晶格失配，导致发光二极管的外延结构中存在晶体缺陷-穿透位错，形成漏电流通道，而本发明的碳掺杂的第一氮化物层中的碳掺杂浓度高，会在穿透位错附近偏析(集中)，起到补偿受主的作用，从而导致氮化物的补偿机制，防止漏电流，提高发光二极管的抗静电能力。
本申请提供的一种发光二极管的外延结构的制造方法，采用600℃～800℃生长温度、掺杂铝或者其他金属、低于250Torr的生长压力、氮源气体中氨气的体积分数低于65％、氮源气体中氢气的体积分数大于45％中的至少一种方式形成具有一定碳掺杂浓度的氮化物层。本申请可以控制碳掺杂浓度，从而避免碳掺杂浓度过高导致电阻增大以及避免碳掺杂浓度过低导致无法开启氮化物的补偿机制，进而避免影响发光二极管的发光效率和可靠性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出根据本发明第一实施例提供的发光二极管的外延结构的截面图；
图2示出根据本发明第二实施例提供的发光二极管的外延结构的截面图；
图3示出根据本发明第三实施例提供的发光二极管的外延结构的截面图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
第一实施例：
图1示出根据本发明第一实施例提供的发光二极管的外延结构的截面图。参见图1，发光二极管的外延结构100以氮化物发光二极管的外延结构为例进行说明。所述发光二极管的外延结构100包括衬底110、外延层120以及位于外延层120中的碳掺杂的氮化物层130。
在本实施例中，衬底110包含但不限于镜面或微米级/纳米级图形化蓝宝石衬底中的一种，在优选的实施例中，衬底110为微米级图形化蓝宝石。在其他可替代的实施例中，衬底110还可以是氧化镓、氧化锌、镓酸锂、铝酸锂。
外延层120包括在衬底100上依次堆叠的第一半导体层121、发光层122、电子阻挡层123以及第二半导体层124。其中，第一半导体层121为第一掺杂类型的氮化镓材料层，所述第二半导体层124为第二掺杂类型的氮化镓材料层，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型的极性相反。例如，第一掺杂类型为N型掺杂，第二掺杂类型为P型掺杂；或者第一掺杂类型为P型掺杂，第二掺杂类型为N型掺杂。
发光层122例如为多量子阱(MQW，multiple quantum well)结构层。其中，MQW多量子阱结构例如包括GaN/InN/AlN，但并不限于此。所述电子阻挡层123可以为AlN或AlGaN，本实施例优选AlGaN为电子阻挡层。
碳掺杂的氮化物层130包括碳掺杂的第一氮化物层131和碳掺杂的第二氮化物层132，其中，碳掺杂的第一氮化物层131位于第一半导体层121和发光层122之间；碳掺杂的第二氮化物层132位于发光层122和电子阻挡层123之间。
在本实施例中，碳掺杂的第一氮化物层131的碳掺杂浓度为1E18cm-3～1E19cm-3，碳掺杂的第二氮化物层132的碳掺杂浓度为1E18cm-3～1E19cm-3，碳掺杂的第一氮化物层131和碳掺杂的第二氮化物层132的碳掺杂浓度可以相同也可以不同，优选地，碳掺杂的第一氮化物层131高于碳掺杂的第二氮化物层132。例如作为优选地，碳掺杂的第一氮化物层131碳掺杂浓度为1.1E18 cm-3，碳掺杂的第二氮化物层132的碳掺杂浓度为1.05E18 cm-3。
作为优选的，碳掺杂的第一氮化物层131和碳掺杂的第二氮化物层132厚度不同，其中，碳掺杂的第一氮化物层131的厚度为1～1000nm，碳掺杂的第二氮化物层132的厚度为1～100nm。碳掺杂的第一氮化物层131的厚度越厚，越有利于碳原子在穿透位错附近的偏析(集中)。碳掺杂的第二氮化物层132用来调控发光层122的电子空穴在发光层122的分布。
碳掺杂的氮化物层130中碳浓度沿着氮化物层130的厚度方向按照梯度变化。具体地，所述碳掺杂的氮化物层130中碳浓度按照渐变式梯度变化，或者，所述碳掺杂的氮化物层130中碳浓度按照跃迁式梯度变化；其中，所述渐变式梯度变化中，碳浓度为依次连续变化的数值；所述跃迁式梯度变化中，碳浓度的变化值为固定数值。在一个优选的实施例中，碳掺杂的氮化物层130中的碳浓度渐变升高，或渐变降低，获得更好的电子和空穴的扩展，有利于电子和空穴在量子阱中的均匀分布。
在其他实施例中，所述碳掺杂的氮化物层130中碳浓度沿着所述氮化物层的厚度方向不变，为一个固定值。
所述碳掺杂的氮化物层130采用降低生长温度、掺杂铝或其他金属、降低生长压力、降低氮源气体中氨气的体积分数、提高氮源气体中氢气的体积分数中的至少一种方式形成。所述氮源气体包括氢气、氨气和氮气中的至少一种。具体地，由于低温低压下不利于氨气的裂解，因此在低温低压下可以提高碳掺杂的氮化物层的碳掺杂浓度。
其中，碳掺杂的第一氮化物层131可以采用低温+低压、低温+低氨气比例，或者低温+低压+低氨气比例中的任一方式形成。优选地，采用低温+低压+低氨气比例的方式，所述碳掺杂的第一氮化物层131的生长温度为600℃～800℃；生长压力小于250Torr；氮源气体中氨气的体积分数小于65％。
碳掺杂的第二氮化物层132可以采用低温+低压、低温+低氨气比例、低温+高氢气比例或者低温+低压+低氨气比例+高氢气比例中的任一方式形成，高氢气比例可以提高晶体质量。优选地，采用低温+低压+低氨气比例+高氢气比例的方式，所述碳掺杂的第二氮化物层132的生长温度为600℃～800℃；生长压力小于250Torr；氮源气体中氨气的体积分数小于65％，氮源气体中氢气的体积分数大于45％。
在本实施例中，所述碳掺杂的氮化物层130为氮化物、三元混晶氮化物、四元混晶氮化物、超晶格结构、浅量子阱结构中的至少一种。
在一个具体的实施例中，所述碳掺杂的氮化物层130为GaN、AlN、InN、AlGaN、AlInN、InGaN、AlInGaN、GaN/InN超晶格、GaN/AlN超晶格、InN/GaN超晶格、GaN/AlGaN超晶格，GaN/AlInN超晶格，GaN/InGaN超晶格，GaN/AlInGaN超晶格，InGaN/AlGaN超晶格，InGaN/AlInN超晶格，InGaN/AlInGaN超晶格，AlGaN/AlInN超晶格，AlGaN/AlInGaN超晶格，AlInGaN/AlInGaN超晶格，InGaN/GaN浅量子阱，InGaN/AlGaN浅量子阱，InGaN/AlInGaN浅量子阱中的至少一种。
在一个优选的实施例中，碳掺杂的第一氮化物层131优选为GaN，碳掺杂的第二氮化物层132优选为AlInGaN。
本发明实施例提供的发光二极管的外延结构，在外延层中形成碳掺杂的氮化物层，可以提高发光二极管的抗静电能力以及提高发光二极管的发光效率。
更进一步地，在外延层的第一半导体层和发光层之间形成的碳掺杂的第一氮化物层，由于衬底110与外延层120之间存在晶格失配，导致发光二极管的外延结构中存在晶体缺陷-穿透位错，形成漏电流通道，而本发明的碳掺杂的第一氮化物层中的碳掺杂浓度高，会在穿透位错附近偏析(集中)，起到补偿受主的作用，从而导致氮化物的补偿机制，防止漏电流，提高发光二极管的抗静电能力。
进一步地，在外延层的发光层和电子阻挡层之间形成碳掺杂的第二氮化物层，可调控发光层的电子空穴在发光层的分布，显著增强空穴的注入效率，提升空穴和电子波函数的重复几率；增强发光层的电子限制效应，增强电子空穴的复合效率，从而提升发光二极管的发光效率。
第二实施例：
图2示出根据本发明第二实施例提供的发光二极管的外延结构的截面图。与本发明第一实施例相比，碳掺杂的氮化物层130只包括碳掺杂的第一氮化物层131，碳掺杂的第一氮化物层131位于第一半导体层121和发光层122之间。
根据本发明实施例二的发光二极管的外延结构，在外延层的第一半导体层和发光层之间形成碳掺杂的第一氮化物层，由于衬底110与外延层120之间存在晶格失配，导致发光二极管的外延结构中存在晶体缺陷-穿透位错，形成漏电流通道，而本发明的碳掺杂的第一氮化物层中的碳掺杂浓度高，会在穿透位错附近偏析(集中)，起到补偿受主的作用，从而导致氮化物的补偿机制，防止漏电流，提高发光二极管的抗静电能力。
第三实施例：
图3示出根据本发明第三实施例提供的发光二极管的外延结构的截面图。与本发明第一实施例相比，碳掺杂的氮化物层130只包括碳掺杂的第二氮化物层132，碳掺杂的第二氮化物层132位于发光层122和电子阻挡层123之间。
根据本发明实施例三的发光二极管的外延结构，在外延层的发光层和电子阻挡层之间形成碳掺杂的第二氮化物层，可调控发光层的电子空穴在发光层的分布，显著增强空穴的注入效率，提升空穴和电子波函数的重复几率；增强发光层的电子限制效应，增强电子空穴的复合效率，从而提升发光二极管的发光效率。
本发明还提供一种发光二极管的外延结构的制造方法，包括：在衬底上形成外延层，所述外延层包括在衬底上依次堆叠的第一半导体层、发光层、电子阻挡层和第二半导体层，所述第一半导体层具有第一掺杂类型，所述第二半导体具有第二掺杂类型，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型的极性相反；在外延层中形成碳掺杂的氮化物层。
在本实施例中，衬底110包含但不限于镜面或微米级/纳米级图形化蓝宝石衬底中的一种，在优选的实施例中，衬底110为微米级图形化蓝宝石。在其他可替代的实施例中，衬底110还可以是氧化镓、氧化锌、镓酸锂、铝酸锂。
外延层120包括在衬底100上依次堆叠的第一半导体层121、发光层122、电子阻挡层123以及第二半导体层124。其中，第一半导体层121为第一掺杂类型的氮化镓材料层，所述第二半导体层124为第二掺杂类型的氮化镓材料层，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型的极性相反。例如，第一掺杂类型为N型掺杂，第二掺杂类型为P型掺杂；或者第一掺杂类型为P型掺杂，第二掺杂类型为N型。
发光层122例如为多量子阱(MQW，multiple quantum well)结构层。其中，MQW多量子阱结构例如包括GaN/InN/AlN，但并不限于此。所述电子阻挡层123可以为AlN或AlGaN，本实施例优选AlGaN为电子阻挡层。
其中，
碳掺杂的氮化物层130包括碳掺杂的第一氮化物层131和碳掺杂的第二氮化物层132，其中，碳掺杂的第一氮化物层131位于第一半导体层121和发光层122之间；碳掺杂的第二氮化物层132位于发光层122和电子阻挡层123之间。
在本实施例中，碳掺杂的第一氮化物层131的碳掺杂浓度为1E18cm-3～1E19cm-3，碳掺杂的第二氮化物层132的碳掺杂浓度为1E18cm-3～1E19cm-3，碳掺杂的第一氮化物层131和碳掺杂的第二氮化物层132的碳掺杂浓度可以相同也可以不同，优选地，碳掺杂的第一氮化物层131高于碳掺杂的第二氮化物层132。例如作为优选地，碳掺杂的第一氮化物层131碳掺杂浓度为1.1E18 cm-3，碳掺杂的第二氮化物层132的碳掺杂浓度为1.05E18 cm-3。
作为优选的，碳掺杂的第一氮化物层131和碳掺杂的第二氮化物层132厚度不同，其中，碳掺杂的第一氮化物层131的厚度为1～1000nm，碳掺杂的第二氮化物层132的厚度为1～100nm。碳掺杂的第一氮化物层131的厚度越厚，越有利于碳原子在穿透位错附近的偏析(集中)。碳掺杂的第二氮化物层132用来调控发光层122的电子空穴在发光层122的分布。
作为进一步的优选，所述碳掺杂的氮化物层130中碳浓度沿着氮化物层130的厚度方向按照梯度变化。具体地，所述碳掺杂的氮化物层130中碳浓度按照渐变式梯度变化，或者，所述碳掺杂的氮化物层130中碳浓度按照跃迁式梯度变化；其中，所述渐变式梯度变化中，碳浓度为依次连续变化的数值；所述跃迁式梯度变化中，碳浓度的变化值为固定数值。在一个优选的实施例中，碳掺杂的氮化物层130中的碳浓度渐变升高，或渐变降低，获得更好的电子和空穴的扩展，有利于电子和空穴在量子阱中的均匀分布。
在其他实施例中，所述碳掺杂的氮化物层130中碳浓度沿着所述氮化物层的厚度方向不变，为一个固定值。
所述碳掺杂的氮化物层130在外延生长过程中，采用包括降低生长温度、掺杂铝或者其他金属、降低生长压力、降低通入氮源气体中氨气的体积分数、提高通入氮源气体中氢气的体积分数中的至少一种方式形成。通入的所述氮源气体包括氢气、氨气和氮气中的至少一种。具体地，由于低温低压下不利于氨气的裂解，因此在低温低压下可以提高碳掺杂的氮化物层的碳掺杂浓度。
其中，碳掺杂的第一氮化物层131可以采用低温+低压、低温+低氨气比例，或者低温+低压+低氨气比例中的任一方式形成。优选地，采用低温+低压+低氨气比例的方式，所述碳掺杂的第一氮化物层131的生长温度为600℃～800℃；生长压力小于250Torr；氮源气体中氨气的体积分数小于65％。
碳掺杂的第二氮化物层132可以采用低温+低压、低温+低氨气比例、低温+高氢气比例或者低温+低压+低氨气比例+高氢气比例中的任一方式形成，高氢气比例可以提高晶体质量。优选地，采用低温+低压+低氨气比例+高氢气比例的方式，所述碳掺杂的第二氮化物层132的生长温度为600℃～800℃；生长压力小于250Torr；氮源气体中氨气的体积分数小于65％，氮源气体中氢气的体积分数大于45％。
在本实施例中，所述碳掺杂的氮化物层130为氮化物、三元混晶氮化物、四元混晶氮化物、超晶格结构、浅量子阱结构中的至少一种。
在一个优选地实施例中，所述碳掺杂的氮化物层130为GaN、AlN、InN、AlGaN、AlInN、InGaN、AlInGaN、GaN/InN超晶格、GaN/AlN超晶格、InN/GaN超晶格、GaN/AlGaN超晶格，GaN/AlInN超晶格，GaN/InGaN超晶格，GaN/AlInGaN超晶格，InGaN/AlGaN超晶格，InGaN/AlInN超晶格，InGaN/AlInGaN超晶格，AlGaN/AlInN超晶格，AlGaN/AlInGaN超晶格，AlInGaN/AlInGaN超晶格，InGaN/GaN浅量子阱，InGaN/AlGaN浅量子阱，InGaN/AlInGaN浅量子阱中的至少一种。
本发明实施例提供的发光二极管的外延结构的制造方法，在外延层中形成碳掺杂的氮化物层，可以提高发光二极管的抗静电能力以及提高发光二极管的发光效率。
更进一步地，在外延层的第一半导体层和发光层之间形成碳掺杂的第一氮化物层，由于衬底与外延层之间存在晶格失配，导致发光二极管的外延结构中存在晶体缺陷-穿透位错，形成漏电流通道，而本发明的碳掺杂的第一氮化物层中的碳掺杂浓度高，会在穿透位错附近偏析(集中)，起到补偿受主的作用，从而导致氮化物的补偿机制，防止漏电流，提高发光二极管的抗静电能力。
进一步地，在外延层的发光层和电子阻挡层之间形成碳掺杂的第二氮化物层，可调控发光层的电子空穴在发光层的分布，显著增强空穴的注入效率，提升空穴和电子波函数的重复几率；增强发光层的电子限制效应，增强电子空穴的复合效率，从而提升发光二极管的发光效率。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (19)
1.一种发光二极管的外延结构，其中，包括：
衬底；
位于衬底上的外延层，所述外延层包括在衬底上依次堆叠的第一半导体层、发光层、电子阻挡层和第二半导体层，所述第一半导体层具有第一掺杂类型，所述第二半导体具有第二掺杂类型，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型的极性相反；
位于所述外延层中的碳掺杂的氮化物层；
所述碳掺杂的氮化物层包括碳掺杂的第一氮化物层和碳掺杂的第二氮化物层，所述碳掺杂的第一氮化物层位于所述第一半导体层和所述发光层之间，所述碳掺杂的第二氮化物层位于所述发光层和所述电子阻挡层之间，以调控所述发光层的电子空穴在所述发光层的分布，增强空穴的注入效率，提升空穴和电子波函数的重复几率，
所述碳掺杂的第一氮化物层的厚度为1～1000nm，所述碳掺杂的第二氮化物层的厚度为1～100nm。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其中，所述碳掺杂的第一氮化物层的碳掺杂浓度为1E18 cm-3～1E19cm-3。
3.根据权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其中，所述碳掺杂的第二氮化物层的碳掺杂浓度为1E18cm-3～1E19cm-3。
4.根据权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其中，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度沿着所述氮化物层的厚度方向按照梯度变化。
5.根据权利要求4所述的发光二极管的外延结构，其中，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度按照渐变式梯度变化，或者，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度按照跃迁式梯度变化；其中，所述渐变式梯度变化中，碳浓度为依次连续变化的数值；所述跃迁式梯度变化中，碳浓度的变化值为固定数值。
6.根据权利要求1所述的发光二极管的外延结构，其中，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度沿着所述氮化物层的厚度方向不变。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的发光二极管的外延结构，其中，所述碳掺杂的氮化物层为氮化物、三元混晶氮化物、四元混晶氮化物、超晶格结构、浅量子阱结构中的至少一种。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的发光二极管的外延结构，其中，所述碳掺杂的氮化物层为GaN、AlN、InN、AlGaN、AlInN、InGaN、AlInGaN、GaN/InN超晶格、GaN/AlN超晶格、InN/GaN超晶格、GaN/AlGaN超晶格，GaN/AlInN超晶格，GaN/InGaN超晶格，GaN/AlInGaN超晶格，InGaN/AlGaN超晶格，InGaN/AlInN超晶格，InGaN/AlInGaN超晶格，AlGaN/AlInN超晶格，AlGaN/AlInGaN超晶格，AlInGaN/AlInGaN超晶格，InGaN/GaN浅量子阱，InGaN/AlGaN浅量子阱，InGaN/AlInGaN浅量子阱中的至少一种。
9.一种发光二极管的外延结构的制造方法，其中，包括：
在衬底上形成外延层，所述外延层包括在衬底上依次堆叠的第一半导体层、发光层、电子阻挡层和第二半导体层，所述第一半导体层具有第一掺杂类型，所述第二半导体具有第二掺杂类型，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型的极性相反；
在所述外延层中外延生长形成碳掺杂的氮化物层；
其中，所述碳掺杂的氮化物层包括碳掺杂的第一氮化物层和碳掺杂的第二氮化物层，所述碳掺杂的第一氮化物层位于所述第一半导体层和所述发光层之间，所述碳掺杂的第二氮化物层位于所述发光层和所述电子阻挡层之间，以调控所述发光层的电子空穴在所述发光层的分布，增强空穴的注入效率，提升空穴和电子波函数的重复几率，
所述碳掺杂的第一氮化物层的厚度为1～1000nm，所述碳掺杂的第二氮化物层的厚度为1～100nm。
10.根据权利要求9所述发光二极管的外延结构的制造方法，其中，所述碳掺杂的第一氮化物层的碳掺杂浓度为1E18 cm-3～1E19cm-3。
11.根据权利要求9所述发光二极管的外延结构的制造方法，其中，所述碳掺杂的第二氮化物层的碳掺杂浓度为1E18～1E19cm-3。
12.根据权利要求9所述发光二极管的外延结构的制造方法，其中，在外延生长所述碳掺杂的氮化物层时通入氮源气体，所述氮源气体包括氢气、氨气和氮气中的至少一种。
13.根据权利要求9所述发光二极管的外延结构的制造方法，其中，所述碳掺杂的第一氮化物层的生长温度为600℃～800℃；生长压力小于250Torr；通入的氮源气体中氨气的体积分数小于65％。
14.根据权利要求9所述发光二极管的外延结构的制造方法，其中，所述碳掺杂的第二氮化物层的生长温度为600℃～800℃；生长压力小于250Torr；通入的氮源气体中氨气的体积分数小于65％，通入的氮源气体中氢气的体积分数大于45％。
15.根据权利要求9所述发光二极管的外延结构的制造方法，其中，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度沿着所述氮化物层的厚度方向按照梯度变化。
16.根据权利要求15所述发光二极管的外延结构的制造方法，其中，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度按照渐变式梯度变化，或者，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度按照跃迁式梯度变化；其中，所述渐变式梯度变化中，碳浓度为依次连续变化的数值；所述跃迁式梯度变化中，碳浓度的变化值为固定数值。
17.根据权利要求9所述发光二极管的外延结构的制造方法，其中，所述碳掺杂的氮化物层中碳浓度沿着所述氮化物层的厚度方向不变。
18.根据权利要求9-17中任一项所述发光二极管的外延结构的制造方法，其中，所述碳掺杂的氮化物层为氮化物、三元混晶氮化物、四元混晶氮化物、超晶格结构、浅量子阱结构中的至少一种。
19.根据权利要求9-17中任一项所述发光二极管的外延结构的制造方法，其中，所述碳掺杂的氮化物层为GaN、AlN、InN、AlGaN、AlInN、InGaN、AlInGaN、GaN/InN超晶格、GaN/AlN超晶格、InN/GaN超晶格、GaN/AlGaN超晶格，GaN/AlInN超晶格，GaN/InGaN超晶格，GaN/AlInGaN超晶格，InGaN/AlGaN超晶格，InGaN/AlInN超晶格，InGaN/AlInGaN超晶格，AlGaN/AlInN超晶格，AlGaN/AlInGaN超晶格，AlInGaN/AlInGaN超晶格，InGaN/GaN浅量子阱，InGaN/AlGaN浅量子阱，InGaN/AlInGaN浅量子阱中的至少一种。
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| CN109742203A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-05-10 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种氮化物发光二极管 |
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