发光二极管的器件结构及其制作方法

专利名称：发光二极管的器件结构及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件结构，尤其是一种发光二极管器件结构。 本发明还涉及一种发光二极管器件结构的制作方法。
技术背景现在，发光二极管的应用领域越来越广。与现有的一些发光设备相比， 发光二极管有电光转换效率高，寿命长、节约能源等优点，因此逐渐被越 来越多的应用到照明、大屏幕显示等领域。但是，与现有的一些发光设备 相比，发光二极管的亮度还是有一定的差距，因此提高发光二极管的亮度 还需要进一步提高，而且为了使发光二极管的使用更加环保，发光二极管 的发光效率也需要进一步提高。现有的发光二极管的结构可参见图1所示，由下到上依次包括衬底层1、缓冲层2、未掺杂的GaN层3、 N型GaN层4、 多量子阱层5、 P型AlGaN层6、 P型GaN层7和接触层8，所述接触层上设 置有P型电极9，所述N型GaN层上设置有N型电极10。使用MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor D印osition金属有机化学气相沉积)生长GaN发 光二极管，使用A1A作为衬底层1,接着生长缓冲层2，缓冲层2的生长温 度在530°C，其厚度为250A;未掺杂的GaN层3的生长温度为1050°C，厚 度为2Hm; N型掺Si的GaN层4的生长温度为1050°C，厚度为3Mm;多量 子阱层5中，阱层以70(TC 85(TC生长，厚度为30A，垒层(barrier)在 800。C 90(TC生长，厚度为150A; P型AlGaN的生长温度为950°C ，其厚度为500A， P型GaN的生长温度为90(TC，其厚度为2000A，接触层生长温度 为80(TC，厚度为20A。现有的发光二极管中，多量子阱是有阱层和垒层交 替间隔组成的，所述垒层中平均的掺杂有SiH4。 发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种发光二极管的器件结构，能够 改善发光二极管的出光效率以及出光强度，改善发光二极管的电学性能。 本发明要解决的另一技术问题是提供一种上述发光二极管的器件结构的制 作方法，能够简单方便的得到上述发光二极管的器件结构。为解决上述技术问题，本发明发光二极管的器件结构的技术方案是， 由下到上依次包括如下各层蓝宝石衬底、缓冲成核层、未惨杂的GaN层、 N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层和接触层，所述接触 层上连接有P型电极，所述N型GaN层上连接有N型电极，所述多量子阱 层由多组垒层和阱层交替间隔组成，在所述垒层中，由下到上依次包括第 一未掺杂的GaN层、第一掺杂SiH4的GaN层、第二未掺杂的GaN层、第二 惨杂Si仏的GaN层和第三未掺杂的GaN层。本发明发光二极管的器件结构的制作方法的技术方案是，在所述蓝宝 石衬底上，依次生长所述缓冲成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、多量 子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层和接触层，并且在所述接触层上制作P 型电极，在所述N型GaN层上制作N型电极，在生长所述多量子阱层时， 交替生长所述阱层和垒层，生长所述阱层时，生长温度为700。C 85(TC，反应器的压力为100torr 700torr，通入流量为5L 100L的NH3、流量为10L 40L的N2、 流量为100sccm 500sccm的TEGa和流量为100sccm 600sccm的TMIn; 生长所述垒层时，包括如下步骤(1) 停止通入TMIn，生长第一未掺杂的GaN层；(2) 将温度升高至800。C 90(TC，通入SiH"生长所述第一掺杂SiH4 的GaN层；(3) 停止通入SiH4，生长第二未掺杂的GaN层；(4) 通入SiH4，生长所述第二掺杂SiH4的GaN层；(5) 停止通入SiH4，生长第三未掺杂的GaN层，之后降温至所述阱层的 生长温度70(TC 85(TC，所述垒层生长完毕。本发明发光二极管的器件结构及其制作方法通过使发光二极管的多量 子阱中的垒层采用掺杂SiH4和不掺杂SiH4的GaN层组成的交替结构，提升 了所述多量子阱中内部量子的效率，增加了发光强度，并且降低了发光二 极管的操作电压，从而提高了发光二极管的出光效率。


下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明图1为现有的发光二极管器件的结构示意图；图2为本发明发光二极管的器件结构中多量子阱层的结构示意图。图中附图标记为，l.衬底层；2.缓冲层；3.未掺杂的GaN层；4. N型 GaN层；5.多量子阱层；6.P型AlGaN层；7.P型GaN层；8.接触层；9. P 型电极；IO.N型电极；ll.阱层；12.第一未掺杂的GaN层；13.第一掺杂SiH4的GaN层；14.第二未掺杂的GaN层；15.第二掺杂SiH4的GaN层；16. 第三未掺杂的GaN层。
具体实施方式
本发明发光二极管的器件结构，由下到上依次包括如下各层蓝宝石 衬底、缓冲成核层、未掺杂的GaN层、N型G認层、多量子阱层、P型AlGaN 层、P型GaN层和接触层，所述接触层上连接有P型电极，所述N型GaN层 上连接有N型电极，所述多量子阱层由多组垒层和阱层11交替间隔组成， 如图2所示，在所述垒层中，由下到上依次包括第一未掺杂的GaN层12、 第一掺杂SiH4的GaN层13、第二未惨杂的GaN层14、第二掺杂SiH4的GaN 层15和第三未掺杂的GaN层16。所述垒层关于所述第二未掺杂的GaN层的横向轴线呈对称结构。所述第一未掺杂的GaN层的厚度为10A 50A。所述第一掺杂SiH4的GaN层的厚度为5A 40A。
所述第二未掺杂的GaN层的厚度为50A 300A。所述第二掺杂Si&的GaN层的厚度为5A 40A。所述第三未掺杂的GaN层的厚度为10A 50A。所述阱层11的厚度为10A 35A。所述第一掺杂Si仏的GaN层和所述第二掺杂SiH4的GaN层中，Si&的 掺杂浓度为1018 102°cm—3。本发明还公开了上述发光二极管的器件结构的制作方法，在所述蓝宝 石衬底上，依次生长所述缓冲成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层和接触层，并且在所述接触层上制作P 型电极，在所述N型GaN层上制作N型电极，在生长所述多量子阱层时， 交替生长所述阱层和垒层，生长所述阱层时，生长温度为70(TC 85(TC，反应器的压力为 100torr 700torr，通入流量为5L 100L的NH3、流量为10L 40L的N2、 流量为100sccm 500sccm的TEGa和流量为100sccm 600sccm的TMIn;生长所述垒层时，包括如下步骤(1) 停止通入TMIn，生长第一未惨杂的GaN层；(2) 将温度升高至800°C 900°C，通入SiH4，生长所述第一掺杂SiH4 的GaN层；(3) 停止通入SiH4，生长第二未掺杂的GaN层；(4) 通入SiH4，生长所述第二掺杂SiH4的GaN层；(5) 停止通入SiH4，生长第三未掺杂的GaN层，之后降温至所述阱层的 生长温度70(TC 85(TC,所述垒层生长完毕。在现有技术中，多量子阱层中的垒层全部都掺杂有Si，而掺杂有Si 的晶体质量往往是比较差的，因此局限了发光二极管性能的提高。但是， 在本发明中，只在垒层中特定的区域里掺杂Si元素，而其它的区域不进行 掺杂，使得掺杂Si元素的区域晶体质量降低，但是在整体上，垒层的晶体 质量却大大提高了。另一方面，通过本发明这种掺杂结构，也使得多量子 阱中的垒层和阱层中载流子的浓度大大的提高，这也会使得发光二极管的 性能会有很大的改善。经过相关实验，现有的发光二极管工作电压在3.4V，亮度为88mcd， 发光的波长为467nm;而本发明所提供的发光二极管的工作电压在3. 25V， 亮度能够达到107mcd,发光的波长为468nm。由此结果可见，本发明大大 的提高了发光二极管的发光强度、电学性能和发光效率，并且很好的保证 了发光二极管发光色彩的稳定性。综上所述，本发明发光二极管的器件结构及其制作方法通过使发光二 极管的多量子阱中的垒层采用掺杂SiH4和不掺杂SiH4的GaN层组成的交替 结构，提升了所述多量子阱中内部量子的效率，增加了发光强度，并且降 低了发光二极管的操作电压，从而提高了发光二极管的出光效率。
权利要求
1.一种发光二极管的器件结构，由下到上依次包括如下各层蓝宝石衬底、缓冲成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层和接触层，所述接触层上连接有P型电极，所述N型GaN层上连接有N型电极，所述多量子阱层由多组垒层和阱层交替间隔组成，其特征在于，在所述垒层中，由下到上依次包括第一未掺杂的GaN层、第一掺杂SiH4的GaN层、第二未掺杂的GaN层、第二掺杂SiH4的GaN层和第三未掺杂的GaN层。
2. 根据权利要求1所述的发光二极管的器件结构，其特征在于，所述 垒层关于所述第二未掺杂的GaN层的横向轴线呈对称结构。
3. 根据权利要求1所述的发光二极管的器件结构，其特征在于，所述 第一未掺杂的GaN层的厚度为10A 50A。
4. 根据权利要求1所述的发光二极管的器件结构，其特征在于，所述 第一掺杂SiH4的GaN层的厚度为5A 40A。
5. 根据权利要求1所述的发光二极管的器件结构，其特征在于，所述 第二未掺杂的GaN层的厚度为50A 300A。
6. 根据权利要求1所述的发光二极管的器件结构，其特征在于，所述 第二掺杂SiH4的GaN层的厚度为5A 40A。
7. 根据权利要求1所述的发光二极管的器件结构，其特征在于，所述 第三未掺杂的GaN层的厚度为10A 50A。
8. 根据权利要求1所述的发光二极管的器件结构，其特征在于，所述 阱层的厚度为10A 35A。
9. 根据权利要求1所述的发光二极管的器件结构，其特征在于，所述 第一掺杂SiH4的GaN层和所述第二掺杂SiH4的GaN层中，SiH4的掺杂浓度 为1018 102W3o
10. —种如权利要求1所述的发光二极管的器件结构的制作方法，在所 述蓝宝石衬底上，依次生长所述缓冲成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、 多量子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层和接触层，并且在所述接触层上制 作P型电极，在所述N型GaN层上制作N型电极，其特征在于，在生长所 述多量子阱层时，交替生长所述阱层和垒层，生长所述阱层时，生长温度为700。C 85(TC，反应器的压力为 100torr 700torr，通入流量为5L 100L的NH3、流量为10L 40L的N2、 流量为100sccm 500sccm的TEGa和流量为100sccm 600sccm的TMIn;生长所述垒层时，包括如下步骤(1) 停止通入TMIn，生长第一未掺杂的GaN层；(2) 将温度升高至800°C 900°C，通入SiHo生长所述第一掺杂SiH4 的GaN层；(3) 停止通入SiH4，生长第二未掺杂的GaN层；(4) 通入SiH4，生长所述第二掺杂SiH4的GaN层；(5) 停止通入SiH4，生长第三未掺杂的GaN层，之后降温至所述阱层的 生长温度70(TC 85(TC，所述垒层生长完毕。
全文摘要
本发明公开了一种发光二极管的器件结构，由下到上依次包括如下各层蓝宝石衬底、缓冲成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层和接触层，所述多量子阱层由多组垒层和阱层交替间隔组成，在所述垒层中，由下到上依次包括第一未掺杂的GaN层、第一掺杂SiH₄的GaN层、第二未掺杂的GaN层、第二掺杂SiH₄的GaN层和第三未掺杂的GaN层。本发明还公开了上述发光二极管的器件结构的制作方法，包括依次生长上述垒层中掺杂SiH₄和不掺杂SiH₄的GaN层组成的交替结构。本发明提升了所述多量子阱中内部量子的效率，增加了发光强度，并且降低了发光二极管的操作电压，从而提高了发光二极管的出光效率。
文档编号H01L33/00GK101335312SQ20071009391
公开日2008年12月31日 申请日期2007年6月29日 优先权日2007年6月29日
发明者林振贤, 郑文荣 申请人:上海蓝光科技有限公司