[发明专利]具有低温p型GaN层的氮化镓系发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓(GaN)系发光二极管，特别是涉及一种具有低温p型GaN层的氮化镓系发光二极管。

背景技术

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、AlN、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(5)，353(1986)；S.Nakanura等，“具有GaN缓冲层的高质量的p型GaN:Mg薄膜的生长”，Jpn.J.Appl.Phys.30，L1708(1991)；以及中国专利No.CN1508284A)，该方法主要包括如下步骤：先在低温下(如500℃)生长一层很薄的成核层；然后升温退火，在该成核层上直接生长未掺杂的GaN缓冲层；接着在该缓冲层上，生长n型GaN欧姆接触层；然后在700℃至850℃的温度下生长InGaN/GaN多量子阱(MQWs)有源层；接着在1000℃以上的高温下，生长p型AlGaN电子阻挡层；最后生长p型GaN欧姆接触层，制作p型欧姆接触透明电极和n型欧姆接触电极。

然而，上述LED生长技术(即在InGaN/GaN多量子阱有源层和p型GaN接触层之间直接生长p型AlGaN电子阻挡层)存在正向工作电压高以及发光强度没有显著增强的缺陷。造成上述问题的主要原因包括如下三个方面。首先，AlGaN的晶格常数与InGaN/GaN多量子阱的晶格常数的差异较大，而它们之间的晶格失配会在InGaN/GaN多量子阱有源区内产生很大的压应力。晶格失配造成的压应力一方面会因具有较强压电特性的III族氮化物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))，而压电场效应的存在将使得电子与空穴的波函数在空间上分离，从而引起辐射复合强度的减弱。此外，上述压应变造成的机械应力还会进一步劣化外延层的质量，从而对器件的发光强度产生影响。其次，p型AlGaN电子阻挡层须在1000℃以上生长才能得到较好的晶体质量，而InGaN/GaN多量子阱有源层的生长温度为700℃至850℃，因此当InGaN/GaN多量子阱有源层生长结束后温度升高到1000℃以上时，低温生长的InGaN/GaN多量子阱有源层的结构会受到破坏，从而影响发光二极管的发光效率。再次，由于p型AlGaN电子阻挡层的生长温度较高，而p型掺杂剂(比如Mg)在高温下的扩散系数增加很快，因此在p型AlGaN电子阻挡层高温生长的过程中，p型掺杂剂将不可避免地向位于其下的InGaN/GaN多量子阱有源区中扩散，这将对发光二极管产生严重的影响。因此，仍存在改进的空间，以获得具有高发光强度的氮化镓系发光二极管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可抑制p型掺杂剂(比如Mg)向InGaN/GaN多量子阱层中扩散、并减小多量子阱发光区中的压电效应的高亮度的氮化镓系发光二极管。该氮化镓系发光二极管包括：

衬底，其可由C-面、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所制成；

缓冲层，其位于该衬底上，可由氮化镓系材质构成；

n型接触层，其位于该缓冲层上，由n型氮化镓构成；

活性发光层，其位于该n型接触层上并覆盖该n型接触层的部分表面，该活性发光层是由氮化铟镓(InGaN)薄层和氮化镓(GaN)薄层交互层叠形成的多量子阱结构所构成；

负电极，其位于该n型接触层未被该活性发光层覆盖的上表面上；

p型电子阻挡层，其位于该活性发光层上，由氮化铝镓(AlGaN)构成；

p型接触层，其位于该p型电子阻挡层上，由p型氮化镓构成；以及

正电极，其位于该p型接触层上并覆盖该p型接触层的部分表面；其特征在于，