发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体技术领域，尤其涉及一种发光二极管及其制备方法，至少包括：N型层、有源层、及位于有源层之上的低温P型GaN层和P型接触层，在低温P型GaN层和P型接触层之间插入一非P型氮化物层，取代高温P型GaN层，减小高温生长对量子阱的晶格质量的破坏及吸光性能，非P型氮化物层中高浓度二维电子气增加了电流的横向扩展能力，改善电流拥堵引起的器件局部过热易击穿特征，提升LED器件的抗静电能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，尤其涉及一种发光二极管及其制备方法。
技术介绍
发光二极管（英文缩写为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，近年来，以GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料受到了人们的广泛关注和大力研究，在大功率电子器件领域取得了显著的优势，并在近几年来取得了突破性的进展。如附图1所示，传统的GaN基发光二极管结构，至少包括：N型层10、有源(MQW)层20、P型电子阻挡层30、低温P型GaN型40、高温P型GaN层50和P型接触层60，以及分别位于P型接触层60上的P电极70。由于P电极70与外延层的接触面积较小，当器件工作时，电流容易集中在电极附近而不利与电流的横向扩展，造成电流拥堵现象，因此，随着电压的升高，P电极70附近区域容由于电流的拥堵而易引起发光器件局部过热击穿。同时，高温P型GaN层50的生长温度为900~1050℃，该生长温度较高，会对已经生长完成的MQW层20造成结构内损伤，且其厚度为40~300nm，具有吸光性，从而降低了LED器件的发光效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种发光二极管及其制备方法，用于解决现有技术中高温P型GaN层的吸光作用及电流横向扩展能力差造成的电流拥堵现象，改善LED器件的抗静电能力，提高其发光效率。为实现上述目的，本专利技术提供了一种发光二极管，至少包括：N型层、有源层、及位于有源层之上的低温P型GaN层和P型接触层，其特征在于：于所述低温P型GaN层和P型接触层之间插入一非P型氮化物层，所述非P型氮化物层包括u型氮化物层和n型氮化物层，所述u型氮化物层包括第一u型氮化物层和能带高于所述第一u型氮化物层的第二u型氮化物层，所述第一u型氮化物层与第二u型氮化物层的界面处形成二维电子气，所述n型氮化物层提高所述二维电子气浓度。优选的，所述第一u型氮化物层与所述第二u型氮化物层界面处具有三角形极化带，所述二维电子气形成于三角形极化带内，当注入电流时，所述二维电子气增加电流的横向扩展能力。优选的，所述第一u型氮化物层材料为u-GaN，第二u型氮化物层材料为u-AlxGa1-xN，n型氮化物层材料为n-AlyGa1-yN，其中，0＜x≤1，0≤y＜1。优选的，所述u-AlxGa1-xN材料中，Al组分为5%~35%。优选的，所述u型氮化物层为一对或者多对第一u型氮化物层和第二u型氮化物层。优选的，所述n型氮化物层中n型杂质浓度为2×1017~1×1019/cm3。优选的，所述第一u型氮化物层的厚度为1~30nm。优选的，所述第二u型氮化物层的厚度为1~25nm。优选的，所述n型氮化物层的厚度为1~25nm。优选的，所述低温P型GaN层、P型接触层和非P型氮化物层的厚度小于等于1000?。此外，本专利技术还提供了一种发光二极管的制备方法，至少包括依次沉积N型层、有源层、低温P型GaN层、P型接触层的步骤，其特在于：在沉积P型接触层之前还包括沉积一非P型氮化物层的步骤，所述非P型氮化物层包括依次沉积的第一u型氮化物层、第二u型氮化物层和n型氮化物层，所述第一u型氮化物层与第二u型氮化物层的界面处形成二维电子气，所述n型氮化物层提高所述二维电子气浓度。优选的，所述第一u型氮化物层与所述第二u型氮化物层界面处具有三角形极化带，所述二维电子气形成于三角形极化带内，当注入电流时，所述二维电子气增加电流的横向扩展能力。优选的，所述第一u型氮化物层材料为u-GaN，第二u型氮化物层材料为u-AlxGa1-xN，n型氮化物层材料为n-AlyGa1-yN，其中，0＜x≤1，0≤y＜1。本专利技术至少具有以下有益效果：（1）使用非P型氮化物层取代高温P型GaN层，通过减薄P型层提升发光二极管的外部光萃取效率。（2）u型氮化物层中的二维电子气增加了电流的横向扩展能力，改善电流拥堵引起的器件局部过热易击穿特征，提升LED器件的抗静电能力。（3）非P型氮化物层为u-GaN/u-AlxGa1-xN/n-AlyGa1-yN三层的设计，通过在二维电子气与P型接触层的接口处掺杂，使二维电子气浓度增加，u-AlxGa1-xN位于n-AlyGa1-yN与u-GaN，同时降低了n-AlyGa1-yN中的合金散射对载流子的影响，从而显著提高二维电子气的迁移率。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。图1现有技术中发光二极管示意图；图2本专利技术具体实施方式之发光二极管示意图；图3本专利技术具体实施方式之u型氮化物层能带图；图4本专利技术具体实施方式之发光二极管制备流程图；附图标注：10：N型层；20：有源层；30：P型电子阻挡层；40：低温P型GaN层；50：高温P型GaN层；60：P型接触层60；70：P电极；80：非P型氮化物层；81：u型氮化物层；811：第一u型氮化物层；812：第二u型氮化物层；813：三角形极化带；82：n型氮化物层。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。参看附图2，本专利技术中设计的一种发光二极管，至少包括：N型层10、有源层20、位于有源层20之上的低温P型GaN层40、非P型氮化物层80和P型接触层60，其中，N型杂质为硅、锗、锡中的任意一种，用于提供电子，P型杂质为铍、镁、钙、锶、钡中的任意一种，用于提供空穴；有源层20为由InGaN阱层和GaN垒层组成的周期性结构，其周期数为4~12。低温P型GaN层40为空穴注入层，位于有源层20之上，减小电子-空穴的有效复合时空穴的迁移距离，增加复合机率。当然，由于电子的迁移率(Mobility)比空穴高10倍（电子迁移率>1500cm2/vs，空穴<200cm2/vs），因此为降低电子的迁移速率；有源层20与低温P型GaN层40之间还设有一P型电子阻挡层30，其为P型AlGaN材料，调节其中Al组份来阻挡N型层10中电子过多的迁移至低温P型层；P型接触层60材料为GaN，其厚度为10~100?，P型掺杂浓度为为1×1019~1×1022/cm3。更进一步的，其中非P型氮化物层80包括u型氮化物层81和n型氮化物层82。u型氮化物层81包括第一u型氮化物层811和能带高于第一u型氮化物层811的第二u型氮化物层812，第一u型氮化物层811的材料为u-GaN，第二u型氮化物层812材料为u-AlxGa1-xN，其中，0＜x≤1。由于第一u型氮化物层811和第二u型氮化物层812势能高低的不同及材料极化效应的影响，其界面处发生能带扭曲现象而形成三角形极化带813，参看附图3，u型氮化物层81中电子的背景浓度为5×1016~2×1017/cm3，如此高浓度的电子集中迁移至三角形极化带813时无法越过此极化带继续迁移，而又因电子的迁移速率较快，因此在极化带内横向扩展的能力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管，至少包括：N型层、有源层、及位于有源层之上的低温P型GaN层和P型接触层，其特征在于：于所述低温P型GaN层和P型接触层之间插入一非P型氮化物层，所述非P型氮化物层包括u型氮化物层和n型氮化物层，所述u型氮化物层包括第一u型氮化物层和能带高于所述第一u型氮化物层的第二u型氮化物层，所述第一u型氮化物层与第二u型氮化物层的界面处形成二维电子气，所述n型氮化物层提高所述二维电子气浓度。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管，至少包括：N型层、有源层、及位于有源层之上的低温P型GaN层和P型接触层，其特征在于：于所述低温P型GaN层和P型接触层之间插入一非P型氮化物层，所述非P型氮化物层包括u型氮化物层和n型氮化物层，所述u型氮化物层包括第一u型氮化物层和能带高于所述第一u型氮化物层的第二u型氮化物层，所述第一u型氮化物层与第二u型氮化物层的界面处形成二维电子气，所述n型氮化物层提高所述二维电子气浓度。
2.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述第一u型氮化物层与所述第二u型氮化物层界面处具有三角形极化带，所述二维电子气形成于三角形极化带内，当注入电流时，所述二维电子气增加电流的横向扩展能力。
3.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述第一u型氮化物层材料为u-GaN，第二u型氮化物层材料为u-AlxGa1-xN，n型氮化物层材料为n-AlyGa1-yN，其中，0＜x≤1，0≤y＜1。
4.根据权利要求3所述的一种发光二极管，其特征在于：所述u-AlxGa1-xN材料中，Al组分为5%~35%。
5.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述u型氮化物层为一对或者多对第一u型氮化物层和第二u型氮化物层。
6.根据权利要求1所述一种发光二极管，其特征在于：所述n型氮化物层中n型杂质浓度为2×1017~1×1019/cm3。
7.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文宾，林兓兓，张家宏，
申请(专利权)人：安徽三安光电有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34