一种具有P型AlInGaN接触层的LED及其制备方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种具有P型AlInGaN接触层的LED及其制备方法，属于光电子
技术领域：
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背景技术：
】[0002]二十世纪九十年代初，以氮化物为代表的第三代宽带隙半导体材料获得了历史性突破，科研人员在氮化镓材料上成功地制备出蓝绿光和紫外光LED，使得LED照明成为可能。1971年，第一只氮化镓LED管芯面世，1994年，氮化镓HEMT出现了高电子迁移率的蓝光GaN基二极管，氮化镓半导体材料发展十分迅速。[0003]半导体发光二极管具有体积小、坚固耐用、发光波段可控性强、光效高、低热损耗、光衰小、节能、环保等优点，在全色显示、背光源、信号灯、光电计算机互联、短距离通信等领域有着广泛的应用，逐渐成为目前电子电力学领域研究的热点。氮化镓材料具有宽带隙、高电子迁移率、高热导率、高稳定性等一系列优点，因此在短波长发光器件、光探测器件以及大功率器件方面有着广泛的应用和巨大的市场前景。[0004]通常，LED包含n型衬底、形成于该衬底上的n型外延区以及形成于n型外延区上的P型外延区。为了便于对装置施加电压，阳极欧姆接触形成于该装置的P型区（通常为暴露的P型外延层）上，阴极欧姆接触形成于该装置的n型区（例如衬底或者暴露的n型外延层）上。由于GaN在高温生长时氮的离解压很高，很难得到大尺寸的GaN体单晶材料，目前大部分GaN外延器件还只能在其他衬底上（如蓝宝石衬底）进行异质外延生长。[0005]P型区是制造GaN基LED器件必不可少的重要环节，P-GaN结构及其外延生长方法是提高GaN基LED光取出效率的关键。由于难以形成导电良好的P型III族氮化物材料(例如GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN和AlInN)，P型层内电流分布的缺乏可能成为这些材料所形成LED性能的限制因素。因此，我们期望在暴露的P型层尽可能多的表面区域上形成欧姆接触，从而引导电流穿过该装置有源区尽可能大的区域。然而，提供大的阳极接触从某些方面而言对装置性能是有害的。通常期望从发光二极管提取尽可能多的光。由于阳极欧姆接触通常包括金属层，LED有源区内产生的光会在欧姆接触中部分地吸收，降低了该装置的总发光效率。在一些装置中，我们期望在暴露的P型层上形成反射金属层，使得通常会穿过P型层从装置逃逸的光被反射回到装置内，穿过衬底被提取。然而，例如铝和银的高反射金属并不形成与P型氮化物材料的良好欧姆接触。因此，通常在P型氮化物层和反射体之间提供欧姆接触，降低欧姆接触中的吸收成为这些装置中关心的问题。因此，需要改善现有的欧姆接触结构以及在P型氮化物材料上形成欧姆接触结构的方法。[0006]目前，国内主要LED厂家的P-GaN的比接触电阻都仅在102Ohm?cm2数量级，这是因为P-GaN空穴浓度太低以及缺乏功函数足够高的金属所致，只有P型GaN重掺时才可形成良好的欧姆接触。2000年，文献"JangJS，ParkSJ，SeongTYetal.LowresistanceandthermallystablePt/RuOhmiccontactstop-typeGaN[J].PhysicaStatusSolidi(A)AppliedResearch，2000,180(I):103-107"涉及了采用Pt/Ru与P-GaN接触，经热退火得到低阻2.2X106ohm?cm2。Jin-KuoHo等人用Ni/Au作接触金属，在氧气气氛下退火500°C，得到4X106ohm?cm2的接触比电阻（见文献HoJK，JongCS，HuangCNetal.Low-resistanceohmiccontactstop-typeGaNachievedbytheoxidationofNi/Aufilms[J].Appl.Phys.Lett.，1999,86(8):4491-4497)。Kumakura等人在Pd/Au和P-GaN之间插入一层2mn的应变InGaN接触层，未经任何处理就得到了相当低的接触电阻率(见文献KumakuraK，MakimotoT，KobayashiN.Kobayashi.Low-resistancenonalloyedohmiccontacttoP-typeGaNusingstrainedInGaNcontactlayer[J].Appl.Phys.Lett.2001,79(16):2588-2590)〇[0007]对于如何改善欧姆接触，国内外有一些专利文献。中国专利文献CN102324455A公开的用于P型氮化物发光装置的超薄欧姆接触及其形成方法，提供了一种半导体基发光装置（LED)，可包含P型氮化物层和该p型氮化物层上的金属欧姆接触。该金属欧姆接触平均厚度约小于比接触电阻率（103〇hm?cm2)。沉积速率约为每秒0.IA到0.5A，在约350nm的测量波长下足以提供约大于98%的标准化透射率，以提供用于金属欧姆接触的具有第一平均厚度的金属层，且陪片上该金属层的厚度指示被监控。如果该指示高于预定指示阈值，则进一步以后续时间间隔或后续速率沉积金属以增加平均厚度。但是该专利方法在沉积过程中不易控制其厚度。[0008]中国专利文献CN101183642A公开的《一种P-GaN低阻欧姆接触的制备方法》，该专利涉及一种P型氮化镓低阻欧姆接触的制备方法，在P-GaN结构上生长5个周期的P-InGaN/P-AlGaN超晶格层，之上生长P-InGaN盖层，结果表明采用p-InGaN/p-AlGaN超晶格作顶层可以获得更低的比接触电阻。该超晶格中P-InGaN和P-AlGaN存在应变补偿效应，可以提高材料表面质量、改善P-GaN薄膜的质量，但是空穴浓度较难保证。[0009]表面粗化技术是一种改变GaN与空气接触面的几何图形的一种技术，从另一方面提升了电子器件发光效率。如中国专利文献CN101521258A公开的《一种提高发光二极管外量子效率的方法》，该方法提供了一种粗化方法，是通过提高表面P型GaN的Mg掺杂浓度，从而达到表面粗化的目的。但是该专利使用重掺Mg的方法进行粗化会使反应室存在Mg原子的记忆效应，减短MOCVD设备的维护周期，不利于生产的稳定性。[0010]中国专利文献CN102789976A公开的《一种GaN基LED芯片的制作方法》，涉及了一种具有低串联电阻和良好P型欧姆接触的GaN基LED制作方法，包括步骤：提供一GaN基LED外延片；清洁所述GaN基LED外延片，并将其干燥；在所述外延片P-GaN表面上沉积一镓空位诱导层；将前述GaN基LED外延片进行退火；去除所述GaN基LED外延片表面的镓空位诱导层；在经过以上处理的GaN基LED外延片上制作P型欧姆接触层以及P、N电极。与常规LED芯片制作方法相比，本方法处理得到的芯片电压低0.2V，亮度并没有差异。【
发明内容】[0011]根据现有技术不足，本发明提供一种具有P型AlInGaN接触层的LED，该结构能提高P型GaN结构空穴浓度，从而提升外量子效率，所得P型接触层超晶格结构晶格失配小，从本质上降低接触电阻，改善P型GaN薄膜质量，提高出光效率。[0012]发明概述：[0013]本发明是通过LED芯片中所设置的P型AlInGaN层中In的掺杂量有规律的变化后，改变了P型AlInGaN层的能带分布，减弱了P型AlInGaN层的价带对空穴注入时的阻挡作用，同时不削弱其对电子的阻挡作用。该结构在一定程度上能够改善表面粗化，改善P型GaN薄膜质量，提高出光效率。通过采用该结构，LED芯片的欧姆接触能降低10%左右。[0014]术语说明：[0015]ULED:发光二极管的简称。[0016]发明详述：[0017]本发明的技术方案如下：[0018]-种具有P型AlInGaN接触层的LED，其结构由下至上依次包括衬底，成核层，缓冲层，N型GaN层，多量子阱发光层，P型结构；其中，[0019]所述成核层是氮化镓层、氮化铝层或铝镓氮层之一；[0020]所述缓冲层为非掺杂GaN层；[0021]所述多量子阱发光层是由InGaN势阱层和GaN势垒层周期性交替叠加构成；[0022]所述P型结构组成依次为P型AlGaN层、P型GaN层和P型AlInGaN接触层。[0023]根据本发明优选的，所述多量子阱发光层为5-20个周期。[0024]本发明上述的一种具有P型AlInGaN接触层的LED的制备方法，包括以下步骤：[0025](1)将蓝宝石或碳化硅衬底放入金属有机物化学气相沉积（MOCVD)设备的反应室中，在氢气气氛下加热到1000-1500°C，处理5-30分钟；[0026](2)在处理过的蓝宝石或碳化硅衬底上生长氮化镓、氮化铝或者铝镓氮成核层；[0027](3)在上述成核层上生长非掺杂氮化镓缓冲层、N型GaN层以及多量子阱发光层；[0028](4)在上述多量子阱发光层上生长P型结构，包括P型AlGaN层、P型GaN层和P型AlInGaN接触层；其中P型AlInGaN接触层生长时包括以下步骤：[0029]在生长温度为200-1200°C、压力为120-800mbar的环境下，开启Al源，Al源流量为56-104SCCm;在Al源通入之前、同时或之后，开启In源，In源初始流量为0-800SCCm;该层生长时间为20-600s，Mg掺杂浓度为0.IXIO1Vcm3-3.5XIO2Vcm3;In源流量每秒变化量为0.3-100sccm，In源通入时间为20-600S，这样随着In源流量的速率不断的变化得到一组In组分渐变的P型AlInGaN接触层。[0030]根据本发明，优选的上述步骤（2)中，氮化镓成核层生长温度440-800°C，厚度15-600nm;氮化铝和铝镓氮成核层，生长温度600-1250°C，厚度30-200nm。[0031]根据本发明，优选的上述步骤（3)中，非掺杂氮化镓层缓冲层生长温度为1000-120(TC，厚度为0?1-3iim;N型GaN层生长温度为1000-1405°C，厚度为0?3-2.5iim;多量子阱发光层的厚度为200-300nm，由5-20个周期的InGaN势阱层和GaN势垒层交互叠加构成；单个周期的所述InGaN势讲层的厚度为2-3.5nm，单个周期的所述GaN势垒层的厚度为5_14nm。[0032]根据本发明，优选的上述步骤（4)中，P型AlGaN层生长温度为500-900°C，Mg掺杂浓度3XIOisVcm3-8XIO1Vcm3。[0033]根据本发明，优选的上述步骤（4)中，P型GaN层生长温度为800-1200°C，Mg掺杂浓度5XIO1Vcm3-8XIO1Vcm3。[0034]根据本发明，优选的上述步骤（4)中，P型AlInGaN接触层厚度为2-800nm。[0035]本发明上述的P型AlInGaN接触层结构，用于制备氮化镓基发光二极管。[0036]根据本发明，所述的各个生长层均为金属有机物化学气相沉积（MOCVD)外延生长层。[0037]本发明的优良效果：当前第1页1 2