[发明专利]氮化镓系发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓(GaN)系发光二极管，特别是涉及一种具有低温低铝组分p型铝镓氮插入层的氮化镓系发光二极管。

背景技术

目前III-V族半导体光电材料被誉为第三代半导体材料。而GaN系发光二极管，由于可以通过控制材料的组成来制作出各种色光(尤其是需要高能隙的蓝光或紫光)的发光二极管(简称为“LED”)，而成为业界研究的重点。

以GaN为基础的半导体材料或器件的外延生长目前主要采用MOCVD技术。在利用MOCVD技术生长氮化物半导体(GaN、AlN、InN及它们的合金氮化物)的工艺中，由于没有与GaN晶格匹配的衬底材料，故通常采用蓝宝石作为衬底进行异质外延。然而，在蓝宝石与氮化物半导体之间存在较大的晶格失配(-13.8％)和热膨胀系数的差异，于是生长没有龟裂、表面平整的高质量氮化物半导体非常困难。目前最有效的外延生长方法通常采用两步外延生长法(参见H.Amano，N.Sawaki和Y.Toyoda等，“使用AlN缓冲层的高质量GaN薄膜的金属有机气相外延生长”，Appl.Phys.Lett.48(5)，353(1986)；S.Nakanura等，“具有GaN缓冲层的高质量的p型GaN:Mg薄膜的生长”，Jpn.J.Appl.Phys.30，L1708(1991)；以及中国专利No.CN1508284A)，该方法主要包括如下步骤：先在低温下(如500℃)生长一层很薄的成核层；然后升温退火，在该成核层上直接生长未掺杂的GaN缓冲层；接着在该缓冲层上，生长n型GaN欧姆接触层；然后在700℃至850℃的温度下生长InGaN/GaN多量子阱(MQWs)有源层；在GaN量子垒生长结束后接着在1000℃左右的高温下，生长p型AlGaN电子阻挡层；最后生长p型GaN欧姆接触层，制作p型欧姆接触透明电极和n型欧姆接触电极。

然而，上述LED生长技术(即在InGaN/GaN多量子阱有源层和p型GaN接触层之间直接生长p型AlGaN电子阻挡层)存在正向工作电压高以及发光强度没有显著增强的缺陷。造成上述问题的主要原因包括如下三个方面。首先，AlGaN的晶格常数与InGaN/GaN多量子阱的晶格常数的差异较大，而它们之间的晶格失配会在InGaN/GaN多量子阱有源区内产生很大的压应力。晶格失配造成的压应力一方面会因具有较强压电特性的III族氮化物而在多量子阱有源区内形成较大的压应变电场(即压电场效应(piezo-electrical field effect))，而压电场效应的存在将使得电子与空穴的波函数在空间上分离，从而引起辐射复合强度的减弱。此外，上述压应变造成的机械应力还会进一步劣化外延层的质量，从而对器件的发光强度产生影响。

文献Appl.Phys.Lett.81(22)，4275(2002)分析指出将p型AlGaN电子阻挡层直接生长在InGaN/GaN多量子阱有源区之后，由于最后一个GaN量子垒与p型AlGaN电子阻挡层之间极化矢量的不连续，会在界面处产生面密度很高的极化电荷，从而引入极化电场。在该电场的作用下，GaN量子垒的能带将发生弯曲，形成能带凹角。由这些能带凹角引入的局域态都将成为束缚载流子的陷阱，降低辐射复合效率。理想的结构是p型AlGaN电子阻挡层直接位于最后一个InGaN量子阱之后，而不是GaN垒层之上。

然而p型AlGaN电子阻挡层须在1000oC以上生长才能得到较好的晶体质量，而InGaN/GaN多量子阱有源层的生长温度为700℃至850℃，因此当InGaN/GaN多量子阱有源层生长结束后温度升高到1000℃以上时，低温生长的InGaN/GaN多量子阱有源层的结构会受到破坏，从而影响发光二极管的发光效率。再次，由于p型AlGaN电子阻挡层的生长温度较高，而p型掺杂剂(比如Mg)在高温下的扩散系数增加很快，因此在p型AlGaN电子阻挡层高温生长的过程中，p型掺杂剂将不可避免地向位于其下的InGaN/GaN多量子阱有源区中扩散，这将对发光二极管产生严重的影响。因此，仍存在改进的空间，以获得具有高发光强度的氮化镓系发光二极管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化镓系发光二极管，其可抑制p型掺杂剂(比如Mg)向InGaN/GaN多量子阱层中扩散、并减小多量子阱发光区中的压电效应的高亮度发光二极管。

本发明提供一种氮化镓系发光二极管，其包括：

一衬底；

一氮化镓成核层，该氮化镓成核层制作在衬底上；

一缓冲层，该缓冲层制作在成核层上；

一n型接触层，该n型接触层制作在缓冲层上，该n型接触层由n型氮化镓构成；