本發(fā)明屬于半導體技術領域，尤其涉及一種具有量子阱保護層的發(fā)光二極管及其制備方法，用于提高發(fā)光二極管的使用壽命。

背景技術：

esd失效是一種靜電放電所引起的chip破壞，在mosic的產(chǎn)品中非常重視此現(xiàn)象，對led而言，因白光led使用不導電的藍寶石基板，而且基板與gan等材料間因晶格不匹配會形成內部缺陷（如差排），對esd的損害更為明顯。靜電放電可能產(chǎn)生半導體接合點（junction）立即失效或特性的永久漂移及潛在的損壞，這些現(xiàn)象都會導致器件衰減的速率增加。目前有幾種現(xiàn)象可用來幫助判斷chip是否遭受靜電破壞，譬如反向偏壓漏電流增大、chip僅局部發(fā)光、chip表面出現(xiàn)局部熔融點等。有時，一開始的靜電破壞的程度不高，led的電特性、發(fā)光特性、chip表面完整性皆無異議，但這種破壞會因累積而逐漸明顯，有時卻也可能安然度過整個產(chǎn)品生命周期，因此造成產(chǎn)品的客退率忽高忽低。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，一種具有量子阱保護層的發(fā)光二極管，其依次包括n型半導體層、應力釋放層、多量子阱結構層、低溫p型層和p型半導體層，其特征在于：所述發(fā)光二極管還包括位于所述多量子阱結構層和低溫p型層之間的上保護層以及位于應力釋放層與多量子阱結構之間的下保護層，所述下保護層包括第一子保護層以及位于第一子保護層上的第二子保護層，所述上保護層包括第三子保護層以及位于第三子保護層上的第四子保護層。

優(yōu)選的，所述第一子保護層的能級高于第二子保護層，所述第三子保護層的能級低于所述第四子保護層。

優(yōu)選的，所述第一子保護層的能級等于所述第四子保護層的能級，所述第二子保護層的能級等于所述第三子保護層的能級。

優(yōu)選的，所述第一子保護層為aln子保護層，所述第二子保護層為gan子保護層。

優(yōu)選的，所述第三子保護層為gan子保護層，所述第四子保護層為aln子保護層。

優(yōu)選的，所述第一子保護層與所述第四子保護層的厚度均為10?~50?。

優(yōu)選的，所述第二子保護層與所述第三子保護層的厚度均為100?~200?。

優(yōu)選的，所述應力釋放層為inx1ga1-x1n/gan超晶格結構，其中，0.02<x1<0.2。

優(yōu)選的，該發(fā)光二極管還包括位于低溫p型層和p型半導體層之間的電子阻擋層。

本發(fā)明還提供了一種具有量子阱保護層的發(fā)光二極管的制備方法，其至少包括如下步驟：

s1、生長n型半導體層；

s2、于所述n型半導體層上繼續(xù)生長應力釋放層；

s3、所述應力釋放層生長結束后，于800℃~1000℃、純氮氣氣氛下生長下保護層，所述下保護層包括第一子保護層以及位于第一子保護層上的第二子保護層；

s4、于所述下保護層上繼續(xù)生長多量子阱結構層；

s5、所述多量子阱結構層生長結束后，于800℃~1000℃、純氮氣氣氛下生長上保護層，所述上保護層包括第三子保護層以及位于第三子保護層上的第四子保護層；

s6、繼續(xù)于上保護層上生長低溫p型層和p型半導體層。

優(yōu)選的，所述步驟s2于溫度600~800℃，含氫氣氣氛下生長。

優(yōu)選的，所述步驟s6還包括在低溫p型層和p型半導體層之間生長電子阻擋層的步驟。

本發(fā)明至少具有以下有益效果：在多量子阱結構層上、下分別設置上保護層和下保護層，將多量子阱結構層包覆在其中，借由第一子保護層與第二子保護層以及第三子保護層與第四子保護層結構與能級的變化，降低缺陷延伸至量子阱結構層，抑制電子溢流現(xiàn)象。且提高逆崩潰電壓程度，降低反向溢出電流，加強了led芯片使用壽命。

附圖說明

圖1本發(fā)明具體實施方式之發(fā)光二極管結構示意圖。

圖2本發(fā)明具體實施方式之保護層、多量子阱結構層結構示意圖。

圖3本發(fā)明具體實施方式之下保護層、多量子阱結構層、上保護層能級示意圖。

圖4本發(fā)明具體實施方式之發(fā)光二極管的制備方法。

附圖標注：100：n型半導體層；200：應力釋放層；300：下保護層；310：第一子保護層；320：第二子保護層；400：多量子阱結構層；500：上保護層；510：第三子保護層；520：第四子保護層；600：低溫p型層；700：p型半導體層；800：電子阻擋層。

具體實施方式

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

本發(fā)明提供一種具有量子阱保護層的發(fā)光二極管，參看附圖1~2，該發(fā)光二極管依次包括n型半導體層100、應力釋放層200、多量子阱結構層400、低溫p型層600和p型半導體層700，其中，n型半導體層100為n型摻雜的gan層，主要用于提供電子，n型摻雜為硅、鍺、錫、鉛，優(yōu)選為硅元素。

位于n型半導體上的應力釋放層200為inx1ga1-x1n/gan周期性結構，其中，0.02<x1<0.2，inx1ga1-x1n為應用釋放層中的阱層，gan為應力釋放層200中的壘層，通過低摻雜量的阱層與gan壘層的超晶格結構來改善n型半導體層100與多量子阱結構層400直接的晶格失配，其周期數(shù)為3~25，厚度為2nm~6nm。多量子阱結構層400為inx2ga1-x2n/gan周期性結構，1>x2>x1，其周期數(shù)為3~25。

低溫p型層600為低溫生長的p型gan層，p型半導體層700包括高溫生長的p型gan層和p型接觸層，p型雜質為鈣、鎂、鋇、鍶，本實施例優(yōu)選為鎂。

本發(fā)明提供的發(fā)光二極管還包括位于多量子阱結構層400和低溫p型層600之間的上保護層500以及位于應力釋放層200和多量子阱結構層400之間的下保護層300。其中，下保護層300包括第一子保護層310以及位于第一子保護層310上的第二子保護層320，且第一子保護層310的能級高于第二子保護層320的能級。上保護層500包括第三子保護層510以及位于第三子保護層510上的第四子保護層520，但第三子保護層510的能級低于第四子保護層520的能級。本實施例優(yōu)選的，第一子保護層310的能級與第四子保護層520的能級相同，第二子保護層320的能級與第三子保護層510的能級相同。

第一子保護層310的材料與第四子保護層520的材料可以相同或者不同，第二子保護層320的材料與第三子保護層510的材料也可以相同或者不同，本實施例優(yōu)選的，第一子保護層310與第四子保護層520的材料相同，均為aln子保護層，第二子保護層320的材料與第三子保護層510的材料相同，均為gan子保護層。第一子保護層310與第四子保護層520的厚度均為10?~50?，第二子保護層320與第三子保護層510的厚度均為100?~200?。

本發(fā)明提供的發(fā)光二極管還包括位于低溫p型層600和p型半導體層700之間的電子阻擋層800，電子阻擋層800為algan單層或者algan/gan超晶格結構層或者alingan/gan超晶格結構。

參看附圖3，由此，在多量子阱結構層400的上、下兩側形成能級的高低、低高的變化，有利于抑制電子溢出，將電子及空穴更好的限制在多量子阱結構層400中，增加電子與空穴的有效復合輻射效率。同時，依次設置第一子保護層310（即aln子保護層）、第二子保護層320（即gan子保護層）、多量子阱結構層400、第三子保護層510（即gan子保護層）和第四子保護層520（即aln子保護層）的生長順序也是為了減少保護層與多量子阱結構層400之間的晶格失配，提高晶體質量，減少缺陷。

為了提高第一子保護層310與第二子保護層320，以及第三子保護層與第四子保護層直接的能級差最大，本發(fā)明的第一子保護層310與第四子保護層520為aln子保護層，第二子保護層320與第三子保護層510為gan子保護層，除因為aln材料與gan材料的能級差最大外，還因為aln晶體具有高熱導率(3.3w/cm?k)，相對于algan材料更好，且三元系的algan晶體結構中al組分不易提高，由于al原子的粘滯系數(shù)ga原子，algan材料在制備過程中其表面隨著al組分的增大變得粗糙，甚至會產(chǎn)生表面開裂的問題。本發(fā)明的第一子保護層310與第四子保護層520采用aln材料，不僅克服了algan生長表面粗糙的問題，而且保證了其與gan材料有最大的能級差。

本發(fā)明還提供了一種具有量子阱保護層的發(fā)光二極管的制備方法，參看附圖4，其至少包括如下步驟：

s1、生長n型半導體層100；

s2、于所述n型半導體層100上繼續(xù)生長應力釋放層200；

s3、所述應力釋放層200生長結束后，于800℃~1000℃、純氮氣氣氛下生長下保護層300，所述下保護層300包括第一子保護層310以及位于第一子保護層310上的第二子保護層320，且第一子保護層310的能級高于第二子保護層320的能級；

s4、于所述下保護層300上繼續(xù)生長多量子阱結構層400；

s5、所述多量子阱結構層400生長結束后，于800℃~1000℃、純氮氣氣氛下生長上保護層500，所述上保護層500包括第三子保護層510以及位于第三子保護層510上的第四子保護層520，第三子保護層510的能級低于第四子保護層520的能級；

s6、繼續(xù)于上保護層500上生長低溫p型層600和p型半導體層700。

其中，步驟s2中應力釋放層200在溫度為600~800℃，其生長壓力為100mbar~500mbar，應力釋放層200為inx1ga1-x1n/gan周期性結構，其中，0.02<x1<0.2，周期數(shù)為3~25，厚度為2nm~6nm，用于釋放磊晶過程中產(chǎn)生的應力。

在步驟s6中還包括在低溫p型層600和p型半導體層700之間生長電子阻擋層800，其為algan單層或者algan/gan超晶格結構層或者alingan/gan超晶格結構。電子阻擋層800顯著提高了導帶底的電子勢壘，可有效限制電子向p型半導體層700的泄露，同時減小了價帶訂的空穴勢壘，可增強p型半導體層700的空穴向多量子阱結構層400的注入效率，改善其在量子阱內部的濃度分布。

下保護層300與上保護層500的生長條件相同，在純氮氣氣氛下生長上保護層500和下保護層300的目的是為了減少氫氣對于已長完的多量子阱結構層400的界面產(chǎn)生蝕刻作用，同時與多量子阱結構層400使用相同氣氛，維持氣流穩(wěn)定性。

具體地，第一子保護層310與第四子保護層520的不僅生長條件相同，其材料也相同，均為aln子保護層。同樣的，第二子保護層320與第三子保護層510的生長條件及材料也均相同，第二子保護層320與第三子保護層510均為gan子保護層。第一子保護層310與第四子保護層520的厚度均為0?~50?，第二子保護層320與第三子保護層510的厚度均為100?~200?。

本發(fā)明在多量子阱結構層400上、下分別設置上保護層500和下保護層300，將多量子阱結構層400包覆在其中，借由第一子保護層310與第二子保護層320以及第三子保護層510與第四子保護層520結構與能障的變化，降低缺陷延伸至量子阱結構層，抑制電子溢流與溢流現(xiàn)象。且提高逆崩潰電壓程度，降低反向溢出電流，加強了led芯片在壽測檢驗上的強度。

應當理解的是，上述具體實施方案為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的范圍不限于該實施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明的保護范圍之內。