[发明专利]发光二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子器件，更详细地说，涉及可用于Ⅲ族氮化物半导体器件（如发光二极管）的结构。

背景技术

发光二极管具有电光转换效率高，使用寿命长，节能环保等优点，已被公认为第三代照明光源，并得到大力发展。在衬底上生长的GaN基外延片，是LED的核心组成部分，决定着LED产品的性能。

一般来说，LED外延片中应力释放层和发光层的结构及晶体质量对半导体器件的光电性能起决定性作用。而以Ⅲ族氮化物为基础的半导体器件中，由于量子阱层的材料与组分与量子垒层不同，而且阱层中的组成成分不是单一成分，其晶格常数不同，因此在多数情况下，会在量子阱层中产生应力，使得在量子阱及量子垒的交界面处产生极化电荷，形成极化场。该极化场会引起量子阱层中的量子斯塔克效应，使得电子与空穴波函数相分离，减小其光电转换效率，从而降低出光效率。

目前，量子阱的发光效率已成为提高Ⅲ族半导体器件性能的瓶颈，影响产品的用途拓展。因此减小量子阱中的极化电荷，减弱量子阱中的量子斯塔克效应及提高器件的出光效率成为目前技术研究热点。公开号为CN102157646 A的中国专利申请案公开了一种具有应力释放层结构的氮化镓系发光二极管，其应力释放层为渐变铟组分的InGaN体材料。该结构采用在n型氮化镓与多量子阱层之间插入具有渐变铟组分的InGaN体材料，可以有效释放量子阱区的应力，但这种具有渐变铟组分的InGaN体材料的应力释放层，由于其InN与GaN晶格常数不同而产生应力，并且要达到较好释放量子阱中应力作用则需要生长较厚的InGaN体材料，因此该层中应力很大，导致生长至该应力释放层后表面不平整，形成较多缺陷，从而降低量子阱区的发光效率。

因此有必要改善使用InGaN材料做应力释放层以及AlInGaN做量子垒层时的缺陷状况。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种具有减少量子阱层中极化电荷作用的低缺陷的基于Ⅲ族氮化物的发光二极管及其制造方法。

本发明的发光二极管外延结构，由下而上依次包括：衬底、缓冲层、n型导电层、发光区、p型导电层。在具体实施例中，还可在包括电子阻挡层、p型欧姆接触层，所述n型导电层由n型掺杂的Ⅲ族氮化物构成，p型导电层由p型掺杂的Ⅲ族氮化物构成。

在本发明的一些实施例中，所述发光区为多量子阱结构，其中至少一个量子阱结构包括：Ⅲ族氮化物的阱层以及在阱层上的基于Ⅲ族氮化物的垒层，所述垒层包含至少一第一SiN_x插入层。所述SiN_x插入层可以有效减少垒层中的应力，使得生长发光区后的表面较平整，减少缺陷，提高载流子的复合效率。

优选的，所述垒层由Al_pIn_qGa_1-p-qN组成（其中0≤p≤1，0≤q≤1，0≤p+q≤1），其禁带宽度不小于阱层中组成材料的禁带宽度，厚度为5nm-50nm，生长温度不小于阱层温度。更优选的，所述垒层进行硅掺杂，其掺杂浓度不大于5×10¹⁹cm^-3，该浓度可以为平均掺杂浓度也可为具体掺杂浓度。

优选的，所述第一SiN_x插入层在垒层内形成离散的晶体结构。

优选的，所述垒层中至少一个所述第一SiN_x插入层贯穿所述垒层。

优选的，所述第一SiN_x插入层的厚度为0.1nm~10nm，优选为2nm。

在本发明的一些实施例中，所述发光二极管外延结构还包括一由In_xGa_1-xN组成的应力释放层，位于所述n型导电层和发光区之间，其中0<x≤1。所述应力释放层中的In组分应不大于量子阱层中的In组分，其禁带宽度应不小于阱层中组成材料的禁带宽度，生长温度为700-800℃，优选为750℃；生长厚度为10nm-100nm，优选为40nm。应力释放层采用InGaN体材料可以更有效的释放量子阱层中的应力，减小量子阱层与垒层之间的极化电荷。

优选的，所述应力释放层至少具有一个第二SiN_x插入层，该插入层的厚度为0.1nm-20nm，优选为10nm。