[发明专利]一种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铟组分p型铟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。

更为主要的是，由于p型AlGaN和p型GaN接触层中Mg的激活能都比较大(一般pAlGaN为215meV，pGaN为175eV)，常温下只有少量的Mg被激活，空穴浓度很低。这样造成的直接结果是pn结结区位置大部分落在p型区内，而活性发光层因为垒层掺杂成为n型区，只有少量的量子阱位于pn结区内参与发光，因此发光强度不大。要使LED的发光强度增大，就要增加参与发光的量子阱个数，即调节pn结位置向n区移动，唯一可行的办法就是增加p区的空穴浓度。

我们在p型铝镓氮电子阻挡层之后插入p型铟镓氮，一方面因为Mg在铟镓氮中的激活能比较低，常温下可以产生更多的空穴；另一方面，因为铟镓氮和铝镓氮之间晶格差异更大，由于压应变会在界面处产生很高的空穴浓度，两方面的作用使得p区空穴浓度得到增加，从而调节pn结的位置向n区移动，使得参与发光的量子阱数量增加。值得注意的是该p型铟镓氮插入层的铟组分不能过高，否则有源区发出的光将被该层强烈吸收，使得发光效率降低。

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，其可以调节pn结结区位置、增加参与发光的量子阱周期数，使得发光二极管的发光强度增加。

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，该缓冲层制作在氮化镓成核层上；

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；

一活性发光层，该活性发光层制作在n型接触层上并覆盖所述n型接触层一侧的部分表面，使该n型接触层的另一侧形成一台面，所述活性发光层是由铟镓氮薄层和氮化镓薄层交互层叠形成的多周期的量子阱结构构成；

一p型电子阻挡层，该p型电子阻挡层制作在活性发光层的氮化镓薄层上，该p型电子阻挡层由铝镓氮构成；

一p型铟镓氮插入层，该p型铟镓氮插入层制作在p型电子阻挡层上；