[发明专利]具有低温n型插入层的氮化镓系发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种具有低温n型插入层的氮化镓系发光二极管及其制备方法。

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)；以及中国发明专利申请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；在GaN量子垒生长结束后接着在1000℃左右的高温下，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。造成上述问题的根本原因在于GaN外延层以及InGaN/GaN多量子阱有源区内存在具有很高的应力，这些应力的存在一方面降低了载流子的辐射复合几率；另一方面，由于应力的存在，造成n区载流子大量溢出直接进入p区，从而引起大电流注入时辐射复合效率显著降低(参见Appl.Phys.Lett，94，231123(2009))。因此，有效地降低外延层中的应力对大功率发光器件尤为重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种氮化镓系发光二极管。本发明提供的所述氮化镓系发光二极管，其包括：

衬底；

氮化镓成核层，该氮化镓成核层制作在衬底上；

缓冲层，该缓冲层制作在所述氮化镓成核层上；

n型接触层，该n型接触层制作在该缓冲层上，该n型接触层由n型氮化镓构成；

n型插入层，该n型插入层制作在n型接触层内部，其上下均为n型接触层；

活性发光层，该活性发光层制作在n型接触层上并覆盖所述n型接触层的部分表面；

负电极，该负电极制作在n型接触层未被所述活性发光层覆盖的表面上，且其位于n型插入层的下方；

p型电子阻挡层，该p型电子阻挡层制作在活性发光层上；

p型接触层，该p型接触层制作在p型电子阻挡层上，该p型接触层由p型氮化镓构成；

正电极，该正电极制作在p型接触层上。

本发明还公开了一种氮化镓系发光二极管的制作方法，其包括：

步骤1、在衬底上制作氮化镓成核层；

步骤2、在所述氮化镓成核层上制作缓冲层；

步骤3、在缓冲层上制作n型接触层；

步骤4、在n型接触层内部制作n型插入层，；

步骤5、在n型接触层14上制作活性发光层并覆盖所述n型接触层的部分表面；

步骤6、在活性发光层上制作铝镓氮p型电子阻挡层；

步骤7、在p型电子阻挡层上制作氮化镓p型接触层；

步骤8、在n型接触层未被所述活性发光层覆盖的表面上制作负电极，且所述负电极位于所述n型插入层的下方；

步骤9、在p型接触层上制作正电极，完成氮化镓系发光二极管的制作。

本发明提出了在n型GaN接触层中插入一层或多层低温插入层来降低外延层中的应力。本发明提供的氮化镓系发光二极管可以调节外延层中的应力分布，同时又可以降低外延层中的位错密度，使得发光二极管的发光强度增加。

附图说明

图1是本发明中具有氮化镓系发光二极管的结构示意图；