一种氮化镓基发光二极管结构及其制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体为一种氮化镓基发光二极管结构及其制备方法。

背景技术：

传统的氮化镓基发光二极管的外延片包括衬底，在衬底上依次生长的缓冲层、N型层、多量子阱层和P型层。随着发光二极管的应用越来越广泛，其对于发光二极管的亮度需求也相应提升。而目前，除了持续调整量子阱发光层的技术工艺外，如何降低P型厚度，进而降低吸光效应也是主要重点，但厚度的下降将带来抗静电能力的下降及电压上升，因此如何控制P型材料及阻值是目前研究的一个重要内容。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明采用在P型层中加入三乙基镓生长的能带变形层，利用三乙基镓生长的材料层碳含量低的特性，使得能带变形层与相邻层接触面上能带弯曲，增强P型层的二维空穴气浓度，降低P型层的电阻，进而降低发光二极管的电压。

本发明提供的技术方案为：一种氮化镓基发光二极管结构，依次包括衬底、底层、N型层、发光层和P型层，其特征在于：所述P型层由电子阻挡层、至少一层能带变形层和空穴注入层组成，所述能带变形层插入于电子阻挡层之内或位于电子阻挡层与空穴注入层之间或插入于空穴注入层之内或位于空穴注入层之上；所述能带变形层为碳杂质含量不高于5×10¹⁶cm^-3的非P型层；所述低碳杂质含量使得能带变形层的能带弯曲，增加能带变形层与相邻层的接触界面上二维空穴气浓度。

优选的所述能带变形层插入于空穴注入层之内或位于空穴注入层之上时，与空穴注入层的厚度关系满足1:1～1:10。

优选的，所述能带变形层为非掺杂层或N型掺杂层。

优选的，所述能带变形层为N型掺杂层时，N型杂质浓度小于或等于8×10¹⁶cm^-3。

优选的，所述能带变形层为包含铟元素的非掺杂氮化铟镓层。

优选的，所述电子阻挡层为pAlGaN单层或pAlGaN / pGaN超晶格结构或pAlGaN / pInGaN/pGaN超晶格结构或pAlGaN / pInGaN超晶格结构。

优选的，所述能带变形层厚度为1埃～10埃。

优选的，所述能带变形层为厚度渐变层或厚度均匀层。

本发明同时提出一种氮化镓基发光二级管的制备方法，包括如下步骤：

提供一衬底；

于所述衬底表面沉积底层；

于所述底层表面沉积N型层；

于所述N型层表面沉积发光层；

于所述发光层表面沉积P型层；

其特征在于：所述P型层的沉积步骤包括电子阻挡层、至少一层能带变形层和空穴注入层的沉积；具体地，采用三乙基镓作为镓源于电子阻挡层之内或电子阻挡层与空穴注入层之间或空穴注入层之内或空穴注入层之上生长非P型的能带变形层，所述能带变形层的碳杂质含量不高于5×10¹⁶cm^-3；所述低碳杂质含量使得能带变形层的能带弯曲，增加能带变形层与相邻层的接触界面上二维空穴气浓度。

优选的，所述能带变形层为非掺杂层或N型掺杂层。

优选的，所述能带变形层为N型掺杂层时，N型杂质浓度小于或等于8×10¹⁶cm^-3。

优选的，所述能带变形层为包含铟元素的非掺杂氮化铟镓层。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明采用在P型层中加入三乙基镓生长的能带变形层，利用三乙基镓生长的材料层碳含量低的特性，使得能带变形层与相邻层接触面上能带弯曲，增强P型层的二维空穴气浓度，降低P型层的电阻，进而降低发光二极管的电压。

同时，还可在能带变形层中适当掺入N型杂质或铟元素，进一步降低能带变形层的势能，从而增加所述接触面上能带弯曲程度，强化P型层的二维空穴气浓度。

此外，由于能带变形层的结构能带与相邻的电子阻挡层和/或空穴注入层的结构能带差异较大，从而在器件被注入电流时，使得电流分布的均匀性增加，发光均匀性亦提升。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1为本发明实施例之氮化镓基发光二极管结构示意图一。

图2为本发明实施例之氮化镓基发光二极管结构示意图二

图3为本发明实施例之氮化镓基发光二极管结构示意图三。

图4为本发明实施例之氮化镓基发光二极管结构示意图四。

图5为本发明实施例之氮化镓基发光二极管制备方法流程示意图。

图6为本发明实施例之氮化镓基发光二极管结构示意图五。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

实施例1

参看图1，对于本发明实施的一种氮化镓基发光二极管结构及其制备方法，下面进行详细说明。

本发明的发光二极管结构包括衬底100、底层200、N型层300、发光层400和P型层500。其中，衬底100的选取包括但不限于蓝宝石、氮化铝、氮化镓、硅、碳化硅，其表面结构可为平面结构或图案化结构。在本实施例中，采用图案化蓝宝石衬底。P型层500由电子阻挡层510、至少一层能带变形层520及空穴注入层530组成，其中，电子阻挡层510可选择为包含Al元素的单层pAlGaN结构或为pAlGaN / pGaN超晶格结构或为pAlGaN / pInGaN/pGaN超晶格结构或为pAlGaN / pInGaN超晶格结构，本实施例优选单层pAlGaN结构；而空穴注入层530可选择为pGaN单层结构。本实施例中，当能带变形层520为单层结构并位于电子阻挡层510与空穴注入层530之间时，其厚度为1埃～100埃，进一步的，选择其厚度为1埃～30埃或30埃～50埃或50埃～80埃或80埃～100埃。能带变形层520为碳杂质含量不高于5×10¹⁶cm^-3的非P型层，此处为非掺杂氮化镓uGaN层；由于该层低碳杂质含量的特性使得能带变形层520的能带弯曲，从而增加能带变形层520与相邻电子阻挡层510及空穴注入层530的接触界面上二维空穴气浓度。同时，由于能带变形层520与相邻的电子阻挡层510及空穴注入层530的结构能带差异较大，空穴注入层530亦改善了电流分布均匀性，从而提升发光二极管的出光均匀性。

继续参看附图1及附图5，为实现前述发光二极管结构，本发明提出一种氮化镓基发光二极管的制备方法，具体为：提供一衬底100，于衬底100表面沉积底层200；于底层200表面沉积N型层300；于N型层300表面沉积发光层400；最后于发光层400表面沉积P型层500；其中，P型层500的沉积步骤包括电子阻挡510、至少一层能带变形层520及空穴注入层530的沉积，其中，电子阻挡层510可选择为包含Al元素的单层pAlGaN结构；而空穴注入层530可选择为pGaN单层结构。本实施例中能带变形层520为单层结构，位于电子阻挡层510与空穴注入层530之间。能带变形层520为采用三乙基镓作为沉积的镓源，而由于三乙基镓的碳含量低于现有技术中沉积P型层所使用的三甲基镓，因此本方法生长的能带变形层520的碳杂质含量不高于5×10¹⁶cm^-3，而此低碳杂质含量的特性使得能带变形层520的能带产生弯曲，这是因为碳杂质在氮化镓层中起施主作用，致使该层呈现弱p型，当使用三乙基镓作为镓源时，该层碳杂质含量低，使得能带变形层520与相邻接触层的势能差异较大，从而造成能带变形层520的能带弯曲，增加能带变形层520与相邻层的接触界面上二维空穴气浓度，减小P型层500的接触电阻，进而降低发光二极管的电压。

参看附图2，作为本实施例的一变形实施例，能带变形层520位于空穴注入层530之上，亦可作为空穴注入层530的组成部分，即形成的空穴注入层510为pGaN/u-GaN周期结构，周期数为1～10。其中，空穴注入层530厚度为1埃～100埃，能带变形层520厚度为1埃～100埃，调节能带变形层520与空穴注入层530的厚度比例满足1:1～1:10，且能带变形层520可为厚度渐变层或厚度均匀层，当其为厚度渐变层时优选厚度由下（临近空穴注入层510）向上（发光二极管上表面）依次递增，使得空穴更集中于空穴注入层530区域。同时增大能带变形层520与空穴注入层530的势能差异，增强能带变形层的弯曲程度，强化两层接触面上空穴气浓度。

参看附图3，作为本实施例的另一变形实施例，能带变形层520插入于电子阻挡层510之内（将电子阻挡层510分割为多层结构511、512），此处电子阻挡层510为包含Al元素的单层pAlGaN结构，增加空穴气浓度的同时亦改善电子阻挡层510的电流扩展性能。

参看附图4，作为本实施例的另一变形实施例，能带变形层520插入于空穴注入层530之内（将空穴注入层530分割为多层结构[U1] 、532），且为优化该层对电流的扩展效果，本实施例优选能带变形层520与空穴注入层的厚度关系满足1:1～1:10，因为当能带变形层较厚时，其电阻亦较大，从而增加发光二极管的电压；而当其厚度较小时，对于电流扩张效果降低，以及能带变形程度降低，进而降低了二维空穴气的浓度。

实施例2

继续参看附图1～5，本实施例与实施例1的区别在于：对能带变形层520进行N型掺杂，其杂质浓度小于或等于8×10¹⁶cm^-3，掺杂方式为周期性、渐变性掺杂、波段性掺杂，进一步增强能带变形层520的弯曲程度，强化二维空穴气的浓度。

实施例3

继续参看附图1～5，本实施例与实施例1的区别在于：对能带变形层520中添加铟元素，形成势能更低的非掺杂的u-InGaN材料层或N型掺杂的n-InGaN材料层，进一步扩大能带变形层520与相邻电子阻挡层510和/或空穴注入层530的势能差异，增加能带变形层520的弯曲程度，强化二维空穴气的浓度。

实施例4

继续参看附图5和6，本实施例与实施例1～3的区别在于电子阻挡层510为pAlGaN / pGaN超晶格结构或为pAlGaN / pInGaN/pGaN超晶格结构或为pAlGaN / pInGaN超晶格结构，周期数为1～10；而空穴注入层530为pGaN/u-GaN周期性结构或为pGaN/n-GaN周期性结构或为pGaN/u-InGaN周期性结构或为pGaN/n-InGaN周期性结构，周期数为1～10；能带变形层520插入于每一周期电子阻挡层510或空穴注入层530之内或每一周期与周期之间，增加P型层的能带变化程度，强化二维空穴气的浓度，降低P型层的接触电阻。

很明显地，本发明的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本发明构思的所有可能的实施方式。