一種發(fā)光二極管元件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管元件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)具有效率高、壽命長、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，可以用于室內(nèi)外照明、屏幕顯示、背光源等，在該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，GaN材料是V-1II族化合物半導(dǎo)體的典型代表，那么如何提高GaN基發(fā)光二極管的光電性能成為半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]傳統(tǒng)的GaN基外延結(jié)構(gòu)，通常在N型層與發(fā)光層之間或P型層與發(fā)光層之間增加非摻雜層或摻雜濃度低于IX 1017cm—3的摻雜層，用以均勻電流密度，改善電流分布狀況。然而，此非摻雜層或摻雜濃度低于IX 1017cm—3的摻雜層造成外延結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)非期望的n-p-n或p-n-p結(jié)，具有該現(xiàn)象的發(fā)光二極管元件在使用過程中，特別是在低電流條件下使用時(shí)出現(xiàn)電壓回轉(zhuǎn)現(xiàn)象。而后將具有此現(xiàn)象的發(fā)光二極管與正常發(fā)光二極管串聯(lián)應(yīng)用于照明領(lǐng)域時(shí)，在電流逐漸加大供電時(shí)，具有此現(xiàn)象的發(fā)光二極管較正常發(fā)光二極管出現(xiàn)延遲亮燈的狀況，而在電流逐漸減小斷電時(shí)，則出現(xiàn)延遲滅燈的狀況，從而造成同一模塊或矩陣的半導(dǎo)體元件出現(xiàn)非預(yù)期的延遲開啟或熄滅效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明提出了一種發(fā)光二極管元件及其制備方法，通過在發(fā)光層兩側(cè)或其中一側(cè)插入一阻隔層，所述阻隔層的摻雜類型與相鄰的N型半導(dǎo)體層或P型半導(dǎo)體層摻雜類型相同，以此避免發(fā)光二極管元件內(nèi)部形成微型n-p-n結(jié)或p-n-p結(jié)，防止發(fā)光二極管元件在工作中出現(xiàn)電壓回轉(zhuǎn)現(xiàn)象造成的開/關(guān)延遲效應(yīng)。
[0005]本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:一種發(fā)光二極管元件包括襯底、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層，其中，所述發(fā)光層的一側(cè)或者兩側(cè)具有一避免發(fā)光二極管元件內(nèi)部形成微型n-p-n結(jié)或p-n-p結(jié)的阻隔層，所述阻隔層摻雜類型與相鄰的N型半導(dǎo)體層或P型半導(dǎo)體層相同；即，當(dāng)所述阻隔層與所述N型半導(dǎo)體層相鄰時(shí)，所述摻雜雜質(zhì)為S1、Sn、S、Se、Te中的其中一種；當(dāng)所述阻隔層與所述P型半導(dǎo)體層相鄰時(shí)，所述摻雜雜質(zhì)為Be、Mg、Zn、Cd、C中的其中一種。所述阻隔層由濃度為1 X 1017?5 X 1017cm—3的低摻雜層和濃度大于5 X 1017cm—3的高摻雜層依次交替堆疊而成;所述阻隔層用于防止發(fā)光二極管元件在工作中出現(xiàn)電壓回轉(zhuǎn)現(xiàn)象造成的開/關(guān)延遲效應(yīng)。
[0006]優(yōu)選的，所述低摻雜層的雜質(zhì)濃度低于相鄰的所述N型半導(dǎo)體層或P型半導(dǎo)體層。
[0007]優(yōu)選的，所述低摻雜層與高摻雜層厚度比例為2:1-100:1。
[0008]優(yōu)選的，所述高摻雜層的摻雜濃度為5X1018?5X 102Qcnf3。
[0009]優(yōu)選的，所述低摻雜層的厚度為20?500nm。
[0010]本發(fā)明結(jié)構(gòu)中，利用濃度為1X 1017?5 X 1017cm—3的低摻雜層與濃度為5 X 1018?5 X102<3cm—3的高摻雜層交替堆疊形成阻隔層替代常規(guī)結(jié)構(gòu)中非摻雜或濃度低于1 X 1017cm—3的低摻雜插入層，避免此現(xiàn)象的產(chǎn)生。因?yàn)楫?dāng)阻隔層中故意摻雜有高于發(fā)光二極管元件生長時(shí)的背景雜質(zhì)濃度，且與相鄰半導(dǎo)體層摻雜類型相同，避免在發(fā)光二極管元件內(nèi)部形成微型n-p-n結(jié)或p-n-p結(jié)。且本發(fā)明中阻隔層為低摻雜層與高摻雜層交替堆疊，相較于現(xiàn)有技術(shù)中非摻雜層/摻雜層堆疊或Delta摻雜層/連續(xù)摻雜層堆疊，本發(fā)明的阻隔層內(nèi)部及該阻隔層與相鄰半導(dǎo)體層之間均不會(huì)形成微型n-p-n結(jié)；且同時(shí)提高均勻電流密度的作用。因此，本發(fā)明結(jié)構(gòu)在不影響電流分布效果的前提下，避免發(fā)光二極管元件結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的n-p-n結(jié)，避免發(fā)光二極管元件在工作中出現(xiàn)電壓回轉(zhuǎn)現(xiàn)象，提升發(fā)光二極管的性能一致性。
[0011 ]同時(shí)，本發(fā)明提出一種發(fā)光二極管元件的制備方法，所述方法包括:
提供一襯底；
在所述襯底上沉積N型半導(dǎo)體層；
在所述N型半導(dǎo)體層上沉積發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層；
其中，所述發(fā)光層的一側(cè)或者兩側(cè)具有一避免發(fā)光二極管元件內(nèi)部形成微型n-p-n結(jié)或p-n-p結(jié)的阻隔層，所述阻隔層摻雜類型與相鄰的N型半導(dǎo)體層或P型半導(dǎo)體層相同，所述阻隔層由濃度為1 X 1017?5X 1017cm—3的低摻雜層和濃度大于5X 1017cm—3的高摻雜層依次交替堆疊而成;所述阻隔層用于防止發(fā)光二極管元件在工作中出現(xiàn)電壓回轉(zhuǎn)現(xiàn)象造成的開/關(guān)延遲效應(yīng)。
[0012]優(yōu)選的，所述低摻雜層的雜質(zhì)濃度低于相鄰的所述N型半導(dǎo)體層或P型半導(dǎo)體層。
[0013]優(yōu)選的，所述高摻雜層的摻雜濃度為5X1018?5X102Qcm—3。
[0014]優(yōu)選的，所述阻隔層的沉積溫度為700?1100°C。
[0015]優(yōu)選的，所述阻隔層的沉積壓力為20?200tOrr。
[0〇16]優(yōu)選的，所述低摻雜層的厚度為20nm?500nm。
[0017]優(yōu)選的，所述低摻雜層與高摻雜層厚度比例為2:1?100:1。
[0018]本發(fā)明至少具有以下有益效果:本發(fā)明在發(fā)光層兩側(cè)或其中一側(cè)插入一阻隔層，所述阻隔層由低濃度摻雜層、高濃度摻雜層依次堆疊組成，其可以很好地避免發(fā)光二極管元件內(nèi)部出現(xiàn)的微型n-p-n結(jié)或p-n-p結(jié)，避免發(fā)光二極管元件在工作中出現(xiàn)電壓回轉(zhuǎn)現(xiàn)象，以及在應(yīng)用過程中因電流逐漸加大供電導(dǎo)致的延遲亮燈的狀況，或在電流逐漸減小關(guān)電時(shí)出現(xiàn)的延遲滅燈狀況，從而降低同一模塊或矩陣的半導(dǎo)體元件出現(xiàn)非預(yù)期的延遲開啟或熄滅狀況的發(fā)生，提升各發(fā)光二極管的性能一致性。同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果證明，本發(fā)明中阻隔層的低濃度范圍為IX 1017?5 X1017cm—3時(shí)，對于電流密度的均勻效果與非摻雜層相比亦無明顯差異，且也使發(fā)光二極管元件的電壓有所降低。
【附圖說明】
[0019]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1之發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2之發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3之發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中:10.襯底;20.N型半導(dǎo)體層;30.發(fā)光層;40.P型半導(dǎo)體層;50、50’.阻隔層;51、51’.低摻雜層;52、52’.高摻雜層。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0025]實(shí)施例1
參看附圖1，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管元件，該元件包括襯底10、N型半導(dǎo)體層20、發(fā)光層30和P型半導(dǎo)體層40，其中，所述發(fā)光層30與N型層20之間具有一避免發(fā)光二極管元件內(nèi)部形成微型n-p-n結(jié)的阻隔層50，所述阻隔層50摻雜類型與相鄰的N型半導(dǎo)體層相同，為S1、Sn、S、Se、Te的其中一種;所述阻隔層50由摻雜濃度為1X1017?5X1017cm—3的低摻雜層51和濃度大于5 X 1017cm—3的高摻雜層52依次交替堆疊而成，高摻雜層的濃度優(yōu)選5 X 1018?5 X102Qcm—3，堆疊次數(shù)為1?500，。且為了不影響阻隔層50對電流密度的均勻效果，本發(fā)明中低摻雜層51的摻雜濃度低于相鄰的N型半導(dǎo)體層或P型半導(dǎo)體層，此實(shí)施例中，低摻雜層51摻雜濃度低于N型半導(dǎo)體層20摻雜濃度。低摻雜層51的厚度為20?500nm，低摻雜層51與高摻雜層52的厚度比例為2:1-100:1。所述阻隔層防止發(fā)光二極管元件在工作中出現(xiàn)電壓回轉(zhuǎn)現(xiàn)象造成的開/關(guān)延遲效應(yīng)。
[0026]本發(fā)明同時(shí)提供一種發(fā)光二極管元件的制備方法，具體包括:提供一襯底10，襯底10為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、氮化鎵等材料，本實(shí)施例優(yōu)選藍(lán)寶石;在襯底10上沉積N型半導(dǎo)體層20，N型半導(dǎo)體層20為單層結(jié)構(gòu)或摻雜濃度不同的多層結(jié)構(gòu)；隨后調(diào)節(jié)反應(yīng)腔室溫度低于N型半導(dǎo)體層20的沉積溫度，即溫度為700?1100°C，壓力20?200torr，繼續(xù)沉積阻隔層50，所述阻隔層50由摻雜濃度為1 X 1017-5 X 1017cm—3的低摻雜層51和濃度大于5 X 1017cm—3的高摻雜層52依次交替堆疊而成，高摻雜層52的濃度優(yōu)選5 X 1018?5 X 10'm—3，依次堆疊1?500次，其中低摻雜51層厚度為20?500nm，低摻雜層51與高摻雜層52厚度比例為2:1?100:1。本實(shí)施例中，低摻雜層51與高摻雜層52的摻雜類型與N型半導(dǎo)體層20相同，為S1、Sn、S、Se、Te中的其中一種；再于阻隔層50上繼續(xù)沉積發(fā)光層30和P型半導(dǎo)體層40，形成發(fā)光二極管元