氮化物半導體發(fā)光器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一氮化物半導體發(fā)光器件，至少包含：襯底；由氮化物半導體分別形成的n型層、發(fā)光層和p型層依次疊層于所述襯底之上；電流擴展層，其具有由兩層以上u型氮化物半導體層疊層而成的多層結構，在所述各u型氮化物半導體層之間的界面處形成n型摻雜，其摻雜濃度大于或等于1×1018cm-3。
【專利說明】氮化物半導體發(fā)光器件
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氮化物半導體發(fā)光器件，更為具體的是一種具有N型電流擴展層的發(fā)光二極管。
【背景技術】
[0002]目前，發(fā)光二極管(Light-emitting diodes，簡稱LED)以其高效率、長壽命、全固態(tài)、自發(fā)光和綠色環(huán)保等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應用于照明和顯示兩大領域。尤其是氮化鎵系發(fā)光二極管因其帶隙覆蓋各種色光，成為國內(nèi)外產(chǎn)學研各界重點研究的對象，并且在外延和芯片技術上取得了重大的進展。然而，如下圖1所示的傳統(tǒng)結構氮化鎵系發(fā)光二極管器件，由于電流擴展性差，電流從η電極110流向P電極111會偏向較近的線路，這樣就會造成有些部分電流密度過大，導致電流擁擠現(xiàn)象(Current Crowding),從而影響整個器件的發(fā)光效率和出光均勻性，另一方面可導致芯片的抗靜電能力變差，進而影響壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述發(fā)光二極管中所存在的問題，本發(fā)明提供了一種具有N型電流擴展層的發(fā)光二極管，包含:襯底；由氮化物半導體分別形成的η型層、發(fā)光層和P型層依次疊層于所述襯底之上；電流擴展層，其具有由兩層以上u型氮化物半導體層疊層而成的多層結構，在所述各u型氮化物半導體層之間的界面處形成η型摻雜，其摻雜濃度大于或等于I X IO18 cm 3O
[0004]優(yōu)選地，所述電流擴展層的厚度為10(T20000 nm。
[0005]優(yōu)選地，所述電流擴展層具有2?200層u型氮化物半導體層。
[0006]優(yōu)選地，所述單層u型氮化物半導體層的厚度為f 100 nm。
[0007]優(yōu)選地，所述各u型氮化物半導體層之間界面處形成η型摻雜的厚度< 2 nm。
[0008]優(yōu)選地，所述各u型氮化物半導體層之間界面處的η型摻雜濃度為5Χ1018?5 X IO20 CnT3。
[0009]優(yōu)選地，所述各u型氮化物半導體層之間界面處的η型摻雜濃度大于所述η型層的摻雜濃度。
[0010]優(yōu)選地，所述各u型氮化物半導體層之間界面處的η型摻雜濃度為均勻摻雜。
[0011]優(yōu)選地，所述各u型氮化物半導體層之間界面處的η型摻雜濃度呈線性遞增或遞減。
[0012]優(yōu)選地，所述各u型氮化物半導體層之間界面處的η型摻雜濃度呈鋸齒、矩形、正弦或階梯狀分布。
[0013]優(yōu)選地，所述電流擴展層還包括由預定間隔隔開的絕緣部組成的分布絕緣層，其位于所述u型氮化物半導體層疊層而成的多層結構內(nèi)部或/和所述多層結構與所述η型層之間。
[0014]本發(fā)明中所提“u型氮化物半導體”均指低摻雜氮化物半導體，其摻雜濃度小于5 X 10 17cm 3。
在本發(fā)明中，從η電極層導入的電流源通過所述電流擴展層之多層結構時，將各處的電流源強迫做二維水平擴展。在一些實施例中，在η型層形成一個或多層分布絕緣層可將從η電極層導入的電流源一次或多次轉化為分布均勻的點狀電流源，再經(jīng)由所述多層結構將各處的點狀電流源強迫做二維水平擴展，使電流非常均勻擴展至整個發(fā)光面積，更好的達到電流擴展的效果，而無電流擁擠現(xiàn)象(Current Crowding)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為一般氮化物發(fā)光二極管的結構圖及其電流路徑示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明實施例1的氮化物發(fā)光二極管的結構圖及其電流路徑示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明實施例1 一個變形例中η型摻雜濃度變化示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明實施例1另一個變形例中η型摻雜濃度變化示意圖。
[0019]圖5是本發(fā)明實施例2的氮化物發(fā)光二極管的結構圖及其電流路徑示意圖。
[0020]圖6為本發(fā)明實施例2的η型摻雜濃度變化圖。
[0021]圖7是本發(fā)明實施例3的氮化物發(fā)光二極管的結構圖及其電流路徑示意圖。
[0022]圖8是本發(fā)明實施例4的氮化物發(fā)光二極管的結構圖及其電流路徑示意圖。
[0023]圖9為本發(fā)明實施例4的η型摻雜濃度變化圖。
[0024]圖中:
100藍寶石襯底 101緩沖層
102η型層
103分布絕緣層 104電流擴展層 104a U-GaN 層
104b各U-GaN層之間的界面
105發(fā)光層
106P型限制層
107P型層
108P型接觸層 109透明導電層
110η電極
111P電極。
【具體實施方式】
以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0025]實施例1
圖2是實施例1的氮化物發(fā)光二極管結構圖及其電流路徑示意圖。本實施例的氮化物發(fā)光二極管從下至上依次包括:(1)藍寶石襯底100 ; (2)由氮化鎵(GaN)或氮化鋁(AlN)構成的緩沖層101，其膜厚為20 ηπ50 nm ; (3)η型層102，膜厚為100 ηπ?ΟΟΟ nm，摻雜濃度為1X1018~1X1019。111_3，優(yōu)選5\1018 cm_3，摻雜源優(yōu)選Si，通過控制通入SiH4/TMGa流量比來實現(xiàn)所需摻雜濃度，范圍為1:100~1:10 ;(4)電流擴展層104由具有2~200層GaN層104a疊層而成的多層結構，厚度為100~20000 nm;(5)以InGaN層作為阱層、GaN層作為勢壘層的多量子阱結構的發(fā)光層105，其中阱層的膜厚為1.8 nnT3 nm，勢壘層的膜厚為8ηπ20 nm ； (6)由摻雜了 Mg的氮化鋁銦鎵(AlInGaN)構成的p型限制層106，其膜厚為10ηη60 nm ； (7)由摻雜Mg的氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)或氮化鎵之一構成的p型層107與P型接觸層108 ;其中P型層107的膜厚為100 ηπ300 nm，p型接觸層108的膜厚為
5nnT20 nm ; (8)由ITO構成的透明導電層109的膜厚為50 nm~300 nm; (9) η電極110和P電極111。
[0026]通過所述電流擴展層104的設計，強迫從η電極層導入的電流源經(jīng)過所述多層結構時做二維水平擴展，更有利于電流均勻分布至發(fā)光面積。具體地，在電流擴展層104中，單層U-GaN層104a的厚度為I~100 nm,優(yōu)選為10 nm,通入η型摻雜劑Si在各U-GaN層之間的界面處形成摻雜效果，可通過下面方法實現(xiàn):采用MOCVD系統(tǒng)進行生長，通入TMGa生長單層U-GaN層104a，接著關閉TMGa，通入SiH4，時間為I~20 S，繼續(xù)通入TMGa生長下一單層U-GaN層104a，如此循環(huán)從而在各U-GaN層104a之間形成均勻摻雜的界面104b，其摻雜濃度為5X IO18~5 X 102° cm—3，優(yōu)選值為lX102°cnT3。在本實施例中，在電流擴展層104中，各摻雜界面104b的摻雜濃度基本保持不變。作為本實施例的一個變形實施例，單個摻雜界面104b內(nèi)部摻雜濃度保持不變，但各個摻雜界面104b的整體摻雜濃度不一樣，表現(xiàn)為:靠近η型層一端的濃度較高，靠近發(fā)光層一端的濃度較低，如圖3所示。
[0027]作為本實施例的另一個變形實施例，單個摻雜界面104b內(nèi)部摻雜濃度保持不變，但各個摻雜界面104b的整體摻雜濃度不一樣，表現(xiàn)為:靠近η型層與發(fā)光層兩端的濃度較低，電流擴展層中間區(qū)域的摻雜濃度較高，摻雜濃度呈現(xiàn)“兩邊低中間高”的生長趨勢，如圖4所示。
[0028]在本實施例中，電流擴展層104的設計相比于傳統(tǒng)u型氮化物/n型氮化物疊層的結構，具有以下優(yōu)勢:(I)傳統(tǒng)u型氮化物/n型氮化物疊層中當摻雜過高時，在生長過程中被施加很強的應變，其晶體質量會降低，導致出現(xiàn)裂化或黑點等表面問題，而本實施例中，電流擴展層104僅在各u型氮化物半導體層之間的界面104b處形成η型摻雜，會形成比傳統(tǒng)η型層更高濃度的摻雜，同時保持晶體質量(采用XRD測試，本實施所獲得的外延結構的
(002)面和(102)面的半高寬均小于250 arcsec)；(2)由于電流擴展層104中各u型氮化物半導體層之間的界面104b無鎵源通入，從而減薄η型層，簡化傳統(tǒng)u型氮化物/n型氮化物疊層的工藝，大大降低生產(chǎn)成本；(3)保持良好的電流擴展性，有效提高LED器件的發(fā)光效率和出光均勻性；提高抗靜電能力，增強壽命。
[0029]實施例2
圖5是本發(fā)明實施例2的氮化物發(fā)光二極管結構圖及其電流路徑示意圖。
[0030]本實施例與實施例1的區(qū)別為在:(I)在η型層102與電流擴展層104之間加入分布絕緣層103，其具體為在η-型層中通過離子注入法形成一系列以預定間隔隔開的絕緣部，厚度為10 nnT500 nm;(2)在電流擴展層104中，各摻雜界面104b內(nèi)部的η型摻雜濃度基本上呈線性增加，摻雜濃度由lX1019cm_3增加至lX102°cm_3，且各個摻雜界面104b的整體摻雜濃度保持一致(η型摻雜濃度變化如圖6)。
[0031]與實施例1相比，本實施例在η型層102形成一個分布絕緣層103將從η電極層導入的電流源轉化為分布均勻的點狀電流源，再經(jīng)由所述多層結構將各處的點狀電流源強迫做二維水平擴展，使電流非常均勻擴展至整個發(fā)光面積，更好的達到電流擴展的效果，而無電流擁擠現(xiàn)象。再者，優(yōu)化電流擴展層各u型界面處η摻的設計，體現(xiàn)其結構的多樣性。
[0032]實施例3
圖7是本發(fā)明實施例3的氮化物發(fā)光二極管結構圖及其電流路徑示意圖。
[0033]本實施例與實施例2相比，分布絕緣層103位于電流擴展層104內(nèi)部。通過所述多層結構將從η電極110導入的電流源強迫先做一次二維水平擴展；然后通過所述分布絕緣層將其形成均勻分布的點狀電流源；最后，再通過所述多層結構將分布絕緣層所形成的均勻分布點狀電流源，再次強迫做一次二維水平擴展，這樣可提高整體電流擴展性水平。
[0034]實施例4
圖8是本發(fā)明實施例4的氮化物發(fā)光二極管結構圖及其電流路徑示意圖。
[0035]本實施例與實施2相比:(I)所述電流擴展層104中增加層數(shù)為I的分布絕緣層103，電流在所述多層結構中再一次形成均勻分布的點狀電流源和進行二維水平擴展。(2)在電流擴展層104中，各摻雜界面104b內(nèi)部的η型摻雜濃度基本上呈正弦式變化，摻雜濃度范圍為I X IO19CnT3~I X IO20Cm^3,且各個摻雜界面104b的整體摻雜濃度保持一致(η型摻雜濃度變化如圖9)。
[0036]以上所述僅是本 發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.氮化物半導體發(fā)光器件，包含: 襯底，由氮化物半導體分別形成的η型層、發(fā)光層和P型層依次疊層于所述襯底之上； 其特征在于:還包括電流擴展層，其具有至少由兩層u型氮化物半導體層疊層而成的多層結構，在所述各u型氮化物半導體層之間的界面處形成η型摻雜，其摻雜濃度大于或等于 I X IO18Cm 3O
2.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體發(fā)光器件，其特征在于:所述電流擴展層的厚度為 100?20000 nm。
3.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體發(fā)光器件，其特征在于:所述電流擴展層具有2?200層u型氮化物半導體層。
4.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體發(fā)光器件，其特征在于:所述各u型氮化物半導體層的厚度為100 nm。
5.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體發(fā)光器件，其特征在于:所述各u型氮化物半導體層之間界面處形成η型摻雜的厚度< 2 nm。
6.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體發(fā)光器件，其特征在于:所述各u型氮化物半導體層之間界面處的η型摻雜濃度為5 X IO18?5 X IO20 cm_3。
7.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體發(fā)光器件，其特征在于:所述各u型氮化物半導體層之間界面處的η型摻雜濃度大于所述η型層的摻雜濃度。
8.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體發(fā)光器件，其特征在于:所述各u型氮化物半導體層之間界面處的η型摻雜濃度為均勻摻雜。
9.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體發(fā)光器件，其特征在于:所述各u型氮化物半導體層之間界面處的η型摻雜濃度呈線性遞增或遞減。
10.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體發(fā)光器件，其特征在于:所述各U型氮化物半導體層之間界面處的η型摻雜濃度呈鋸齒、矩形、正弦或階梯狀分布。
11.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體發(fā)光器件，其特征在于:還包括由預定間隔隔開的絕緣部組成的分布絕緣層，其位于所述u型氮化物半導體層疊層而成的多層結構內(nèi)部或/和所述多層結構與所述η型層之間。
【文檔編號】H01L33/14GK103730555SQ201310721515
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權日:2013年6月17日
【發(fā)明者】董木森, 申利瑩, 劉曉峰, 張東炎, 張潔, 王篤祥 申請人:天津三安光電有限公司