一种调制掺杂的氮化镓系发光二极管的制作方法，其包括如下步骤：步骤1：取一衬底；步骤2：在衬底上依次制作一氮化镓成核层和一氮化镓缓冲层；步骤3：在氮化镓缓冲层上制作一n型氮化镓接触层，以硅烷作为n型掺杂剂；步骤4：在n型接触层上未刻蚀的上表面依次制作一n型电流扩展层、一活性发光层、一p型电子阻挡层和一p型接触层；步骤5：采用刻蚀的方法，在该p型接触层上面的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达n型氮化镓接触层中，使该n型氮化镓接触层的一侧形成一台面；步骤6：在n型接触层的台面上制作负电极；在p型接触层的上面制作正电极，完成氮化镓系发光二极管的制作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种氮化镓(GaN)系发光二极管的掺杂方法，特别是涉及多量子阱垒层。
技术介绍
目前III-V族半导体光电材料被誉为第三代半导体材料。而GaN系发光二极管， 由于可以通过控制材料的组成来制作出各种色光(尤其是需要高能隙的蓝光或紫光)的发光二极管(简称为“LED” )，而成为业界研究的重点。以GaN为基础的半导体材料或器件的外延生长目前主要采用MOCVD技术。在利用 MOCVD技术生长氮化物半导体(GaN、A1N、InN及它们的合金氮化物)的工艺中，由于没有与GaN晶格匹配的衬底材料，故通常采用蓝宝石作为衬底进行异质外延。然而，在蓝宝石与氮化物半导体之间存在较大的晶格失配(-13.8% )和热膨胀系数的差异，于是生长没有龟裂、表面平整的高质量氮化物半导体非常困难。目前最有效的外延生长方法通常采用两步外延生长法(参见H. Amano, N. Sawaki和Y. Toyoda等，“使用AlN缓冲层的高质量GaN薄膜的金属有机气相外延生长”，Appl. Phys. Lett. 48，1986，353)，虽然晶体质量在一定程度上得到改善，但由于蓝宝石与氮化物之间的晶格失配，外延层中存在很大的应力。同时，活性发光层中铟镓氮和氮化镓之间也同样存在着较大的热失配，即在温度发生变化时，活性层中也会产生一定的应变。由于III族氮化物具有压应变特性，这些应变会在InGaN/GaN多量子阱有源区内产生很大的压应力。从而在多量子阱有源区内形成较大的压应变电场(即压电场效应(piezo-electrical field effect))0在压电场的作用下，量子阱能级发送倾斜，即量子阱由方形阱变为三角阱，使得电子与空穴的波函数在空间上分离，从而引起辐射复合效率的降低，发光强度减弱，这又被称为量子限制斯塔克效应。研究发现，垒层掺杂后(参见Yong-Hoon Choa, Appl. Phys. Lett.，73，1998， 1128)，由施主电离产生的载流子弛豫到量子阱后，可以部分屏蔽由压电场造成的量子限制斯塔克效益，从而使得发光强度增加。而且随着垒中掺杂浓度的增加，电离载流子数量也在增加，对压电场的屏蔽效应也将提高。但同时，随着垒层中掺杂浓度的提高，由于掺杂引起的能带的变化对载流子的输运又会产生新的影响(参见Eun-HyunPark，Appl. Phys. Lett.， 90,2006,031102) 0尤其是对量子阱内价带的影响。主要表现为随着施主掺杂的增加，量子阱价带向下弯曲，对空穴的注入产生新的势垒，从而引起发光强度的降低。传统的垒层掺杂是采用硅烷作η型掺杂剂，且垒层中硅烷为均有掺杂。为了调和垒层掺杂对压电场以及空穴注入这两者之间的矛盾，我们引入垒层调制掺杂的方法。既可以部分屏蔽压电场，同时在价带中又不引入新的势垒。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，通过对有源区活性层中垒层的调制掺杂，既可以屏蔽压电场引入的量子限制斯塔克效应，又不会产生更大的势垒，从而提高空穴的注入效率，以此增加发光二极管的发光效率。本专利技术提供一种，其包括如下步骤步骤1 取一衬底；步骤2 在衬底上依次制作一氮化镓成核层和一氮化镓缓冲层；步骤3 在氮化镓缓冲层上制作一 η型氮化镓接触层，以硅烷作为η型掺杂剂；步骤4 在η型接触层上未刻蚀的上表面依次制作一 η型电流扩展层、一活性发光层、一 P型电子阻挡层和一 P型接触层；步骤5 采用刻蚀的方法，在该ρ型接触层上面的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达η 型氮化镓接触层中，使该η型氮化镓接触层的一侧形成一台面；步骤6 在η型接触层的台面上制作负电极；在ρ型接触层的上面制作正电极，完成氮化镓系发光二极管的制作。其中η型电流扩展层为多周期结构，每一周期包括一铟镓氮薄层和在其上制作的一铝铟镓氮薄层，该η型电流扩展层的最上面再制作一层铟镓氮薄层。其中活性发光层为多周期结构，每一周期包括一铟镓氮薄层和在其上制作的一铝铟镓氮薄层，该活性发光层的最上面再制作一层铟镓氮薄层。其中活性发光层的周期数为3-20。其中η型电流扩展层的周期数为3-20。其中该铝铟镓氮薄层为η型调制掺杂。其中该铝铟镓氮薄层掺杂为调制掺杂，调制掺杂的方式为梯形、三角形、台阶状或者非对称掺杂，掺杂剂为硅烷作为η型掺杂剂，掺杂浓度为5 X IO21-IX 1017。其中η型接触层是采用等浓度掺杂，或采用调制掺杂的方法，调制掺杂的方式为梯形、三角形、台阶状或者非对称掺杂。附图说明为进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合附图和具体实施方式对本专利技术进行更详细的说明，其中图1是本专利技术的氮化镓系发光二极管。图2是本专利技术垒层或者η型接触层中的硅烷掺杂抛面图。具体实施例方式请参阅图1所示，本专利技术提供一种， 其制作过程如下步骤1 取一衬底11，以(0001)向蓝宝石(Al2O3)为衬底11，其他可用于衬底11 的材质还包括R-面或A-面的氧化铝单晶、6H-SiC、4H-SiC、或晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧化物。制备中采用高纯NH3作N源，高纯H2和N2的混合气体作载气；三甲基镓或三乙基镓作Ga源，三甲基铟作In源，三甲基铝作Al源；η型掺杂剂为硅烷，ρ型掺杂剂为二茂镁。步骤2 在衬底11上依次制作一氮化镓成核层12和一氮化镓缓冲层13。成核层 12的生长参数包括反应温度500°C至800°C，反应腔压力200至500Torr，载气流量10-30升/分钟，三甲基镓流量20-250微摩尔/分钟，氨气流量20-80摩尔/分钟，生长时间1_10 分钟；该缓冲层13的生长参数包括反应温度950-1180°C，反应腔压力76_250Torr，载气流量5-20升/分钟，三甲基镓流量为80-400微摩尔/分钟，氨气流量为200-800摩尔/分钟，生长时间20-60分钟；步骤3 在氮化镓缓冲层13上制作一 η型氮化镓接触层14，以硅烷作为η型掺杂剂。生长参数包括反应温度950-1150°C，反应腔压力76-250Torr，载气流量5_20升/分钟，三甲基镓流量80-400微摩尔/分钟，氨气流量200-800摩尔/分钟，硅烷流量0. 2-2. 0 纳摩尔/分钟，生长时间10-40分钟；该η型接触层14可以采用等浓度掺杂，也可以采用调制掺杂的方法。步骤4 在η型接触层14上未刻蚀的上表面依次制作一 η型电流扩展层15、一活性发光层16、一 ρ型电子阻挡层17和一 ρ型接触层18。所述η型电流扩展层15是由铟镓氮(InGaN)薄层151和铝铟镓氮(AlInGaN)薄层152交互层叠形成的多周期的量子阱结构构成。其中铝铟镓氮薄层152为η型掺杂，且掺杂方式可以为等浓度掺杂也可以是调制掺杂；所述活性发光层16是由铟镓氮(InGaN)薄层161和铝铟镓氮(AlInGaN)薄层162交互层叠形成的多周期的量子阱结构构成。其中铝铟镓氮薄层162掺杂为调制掺杂，调制掺杂的方式为梯形、三角形、台阶状或者非对称掺杂等，掺杂抛面如图2所示。具体方法如下图2(a)所示为传统垒层的掺杂方法，即在垒层生长过程中均已掺杂施主杂质。我们改进后的方法是在在垒层生长的过程中，随着垒层厚度的增加，施主杂质的掺杂量逐渐增加(如图2(b)所示)；或者在整个垒层生长过程中施主掺杂以不对称方式(如图2(c)所示)；同本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种调制掺杂的氮化镓系发光二极管的制作方法，其包括如下步骤：步骤１：取一衬底；步骤２：在衬底上依次制作一氮化镓成核层和一氮化镓缓冲层；步骤３：在氮化镓缓冲层上制作一ｎ型氮化镓接触层，以硅烷作为ｎ型掺杂剂；步骤４：在ｎ型接触层上未刻蚀的上表面依次制作一ｎ型电流扩展层、一活性发光层、一ｐ型电子阻挡层和一ｐ型接触层；步骤５：采用刻蚀的方法，在该ｐ型接触层上面的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达ｎ型氮化镓接触层中，使该ｎ型氮化镓接触层的一侧形成一台面；步骤６：在ｎ型接触层的台面上制作负电极；在ｐ型接触层的上面制作正电极，完成氮化镓系发光二极管的制作。
【技术特征摘要】
1.一种调制掺杂的氮化镓系发光二极管的制作方法，其包括如下步骤步骤1 取一衬底；步骤2 在衬底上依次制作一氮化镓成核层和一氮化镓缓冲层；步骤3 在氮化镓缓冲层上制作一 η型氮化镓接触层，以硅烷作为η型掺杂剂；步骤4 在η型接触层上未刻蚀的上表面依次制作一 η型电流扩展层、一活性发光层、 一 ρ型电子阻挡层和一 ρ型接触层；步骤5 采用刻蚀的方法，在该ρ型接触层上面的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达η型氮化镓接触层中，使该η型氮化镓接触层的一侧形成一台面；步骤6 在η型接触层的台面上制作负电极；在ρ型接触层的上面制作正电极，完成氮化镓系发光二极管的制作。2.如权利要求1所述的调制掺杂的氮化镓系发光二极管的制作方法，其中η型电流扩展层为多周期结构，每一周期包括一铟镓氮薄层和在其上制作的一铝铟镓氮薄层，该η型电流扩展层的最上面再制作一层铟镓氮薄层。3.如权利要求1所述的调制掺杂的氮化镓系发光二极管的制作方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：马平，王军喜，王国宏，曾一平，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11
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