[发明专利]调制掺杂的氮化镓系发光二极管的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓(GaN)系发光二极管的掺杂方法，特别是涉及多量子阱垒层调制掺杂的氮化镓系发光二极管的制作方法。

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.48，1986，353)，虽然晶体质量在一定程度上得到改善，但由于蓝宝石与氮化物之间的晶格失配，外延层中存在很大的应力。同时，活性发光层中铟镓氮和氮化镓之间也同样存在着较大的热失配，即在温度发生变化时，活性层中也会产生一定的应变。由于III族氮化物具有压应变特性，这些应变会在InGaN/GaN多量子阱有源区内产生很大的压应力。从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))。在压电场的作用下，量子阱能级发送倾斜，即量子阱由方形阱变为三角阱，使得电子与空穴的波函数在空间上分离，从而引起辐射复合效率的降低，发光强度减弱，这又被称为量子限制斯塔克效应。

研究发现，垒层掺杂后(参见Yong-Hoon Choa，Appl.Phys.Lett.，73，1998，1128)，由施主电离产生的载流子弛豫到量子阱后，可以部分屏蔽由压电场造成的量子限制斯塔克效益，从而使得发光强度增加。而且随着垒中掺杂浓度的增加，电离载流子数量也在增加，对压电场的屏蔽效应也将提高。但同时，随着垒层中掺杂浓度的提高，由于掺杂引起的能带的变化对载流子的输运又会产生新的影响(参见Eun-HyunPark，Appl.Phys.Lett.，90，2006，031102)。尤其是对量子阱内价带的影响。主要表现为随着施主掺杂的增加，量子阱价带向下弯曲，对空穴的注入产生新的势垒，从而引起发光强度的降低。

传统的垒层掺杂是采用硅烷作n型掺杂剂，且垒层中硅烷为均有掺杂。为了调和垒层掺杂对压电场以及空穴注入这两者之间的矛盾，我们引入垒层调制掺杂的方法。既可以部分屏蔽压电场，同时在价带中又不引入新的势垒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调制掺杂的氮化镓系发光二极管的制作方法，通过对有源区活性层中垒层的调制掺杂，既可以屏蔽压电场引入的量子限制斯塔克效应，又不会产生更大的势垒，从而提高空穴的注入效率，以此增加发光二极管的发光效率。

本发明提供一种调制掺杂的氮化镓系发光二极管的制作方法，其包括如下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：在衬底上依次制作一氮化镓成核层和一氮化镓缓冲层；

步骤3：在氮化镓缓冲层上制作一n型氮化镓接触层，以硅烷作为n型掺杂剂；

步骤4：在n型接触层上未刻蚀的上表面依次制作一n型电流扩展层、一活性发光层、一p型电子阻挡层和一p型接触层；

步骤5：采用刻蚀的方法，在该p型接触层上面的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达n型氮化镓接触层中，使该n型氮化镓接触层的一侧形成一台面；

步骤6：在n型接触层的台面上制作负电极；在p型接触层的上面制作正电极，完成氮化镓系发光二极管的制作。

其中n型电流扩展层为多周期结构，每一周期包括：一铟镓氮薄层和在其上制作的一铝铟镓氮薄层，该n型电流扩展层的最上面再制作一层铟镓氮薄层。

其中活性发光层为多周期结构，每一周期包括：一铟镓氮薄层和在其上制作的一铝铟镓氮薄层，该活性发光层的最上面再制作一层铟镓氮薄层。

其中活性发光层的周期数为3-20。

其中n型电流扩展层的周期数为3-20。

其中该铝铟镓氮薄层为n型调制掺杂。