[发明专利]氮化物半导体LED及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体发光二极管(LED)及其制造方法。

背景技术

通常，GaN-基氮化物半导体被应用于蓝绿发光二极管(LED)的光学器件和作为高速开关和高功率器件例如MESFET和HEMT的电子器件。特别地，蓝绿LED被大规模生产，并且其全球销量正在呈指数增长。

这种GaN-基氮化物半导体发光二极管主要生长在蓝宝石衬底或SiC衬底上。接着，在蓝宝石衬底或SiC衬底上于低生长温度下生长多晶Al_yGa_1-yN薄膜作为缓冲层。之后，在高温下在缓冲层上形成未掺杂的GaN层、硅(Si)掺杂的N-GaN层或具有其组合结构的N-GaN层。在GaN层上形成镁(Mg)掺杂的P-GaN层以完成氮化物半导体发光二极管。发光层(多量子阱结构的有源层)夹在N-GaN层和P-GaN层之间。

P-GaN层通过在其晶体生长中掺杂镁(Mg)原子而形成。掺杂的Mg原子应该替代镓(Ga)，由此使GaN层能够用作P-GaN层，但是其与从载气和源释放的氢气结合，从而在GaN结晶层中形成Mg-H组合物并成为具有约10MΩ的高电阻的材料。

因此，为了在形成PN结发光二极管之后分离Mg-H组合物和用镓(Ga)替代Mg原子，需要后续活化过程。然而，该发光二极管的缺点在于在活化过程中对发光有贡献的载流子数目为约10¹⁷/cm³，这大大低于10¹⁹/cm³以上的Mg原子浓度，因此很难形成电阻接触。

为了改善这一缺点，提出一种使用极薄的抗透射金属材料来降低接触电阻的方法，由此提高电流注入的效率。然而，用于降低接触电阻的薄抗透射金属通常具有约75％到80％的光透射率，其余成为损失。此外，为了提高内部量子效率，如果不改进发光二极管的设计以及发光层和P-GaN层的结晶度，则在氮化物半导体自身的晶体生长中对于提高光输出存在限制。

此外，在上述发光二极管的结构中，当对N-GaN层和P-Gan层施加偏压电压时，电子和空穴被注入N-型和P-型氮化物半导体层中，并在发光层中重新结合，由此发光。在此，缺点在于发光二极管发射的光在P-GaN层和接触层的边界处再次被部分反射回内部，由此降低光输出。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种具有在结晶度、光输出和可靠性上得到改善的有源层的氮化物半导体发光二极管及其制造方法。

技术方案

为了实现这些和其它优点并符合本发明的目的，如所具体而广泛描述的，提供一种氮化物半导体发光二极管，包括：衬底；形成在所述衬底上的缓冲层；形成在所述缓冲层上的In-掺杂的GaN层；形成在所述In-掺杂的GaN层上的第一电极层；形成在所述第一电极层上的In_xGa_1-xN层；形成在所述In_xGa_1-xN层上的有源层；形成在所述有源层上的第一P-GaN层；形成在所述第一P-GaN层上的第二电极层；部分突出在所述第二电极层上的第二P-GaN层；和形成在所述第二P-GaN层上的第三电极层。

所述第二和第三电极层利用其铟含量顺序变动的超梯度(supergrading)In_xGa_1-xN层、InGaN/InGaN超晶格结构层、或InGaN/AlInGaN超晶格结构层形成。

第二电极层和/或第三电极层还具有被施加偏压电压的透明电极。

所述透明电极由透明金属氧化物或抗透射金属形成，并且选自氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铱(IrO_x)、氧化钌(RuO_x)、氧化镍(NiO)和含镍的金(Au)合金。

在本发明的另一方面，提供一种氮化物半导体发光二极管，包括：衬底；形成在所述衬底上的缓冲层；形成在所述缓冲层上的In-掺杂的GaN层；形成在所述In-掺杂的GaN层上的第一电极层；形成在所述第一电极层上的第一In_xGa_1-xN层；形成在所述第一In_xGa_1-xN层上的有源层；形成在所述有源层上的P-GaN层；和形成在所述P-GaN层上并具有顺序变动的铟含量的超梯度第二N-In_xGa_1-xN层。