[发明专利]GaN基LED及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED，特别是一种GaN基LED。本发明还涉及生产这种GaN基LED的方法。

背景技术

宽带隙的GaN（氮化镓）半导体材料具有良好的化学稳定性、热稳定性和较高的击穿电压，成为继第一代硅材料和第二代砷化镓材料之后的优秀的第三代半导体材料。通常GaN半导体材料认为是制造高亮度蓝、绿发光二极管和白光发光二极管理想材料，并且现已广泛应用于照明、显示屏、背光源、信号灯等领域。

在现有技术中，通常使用MOCVD（有机金属气相沉积）外延生长的方法来生产GaN基LED（发光二极管）。这种方法中包括：首先在蓝宝石基底上生长低温GaN缓冲层，然后生长高温GaN缓冲层，在高温GaN缓冲层上依次生长低掺n-GaN层、高掺n-GaN层、n型电子阻挡层（即，n型AlGaN层）、低掺n-GaN层、InGaN/GaN浅量子阱层、MQW层、低温p-GaN层、电子阻挡层p-AlGaN层、接触层。其中，MQW层为InGaN/GaN发光层量子阱。

在生长过程中，所使用的二茂镁（Cp₂Mg）会产生Mg-H，这会造成Mg（元素，镁）的活化率低，产生较高的电阻。即使掺入了大量的Mg，达到高空穴浓度，GaN仍然是半绝缘，其电阻率高达1×10⁸Ω·cm，这一现象被称作Mg的钝化。在本领域中，高Mg掺杂浓度规定为浓度在4.8×10¹⁹-1.9×10²⁰个/cm³，低Mg掺杂浓度规定为浓度在1×10¹⁹-4.8×10¹⁹个/cm³。由此，必须在生长结束之后将Mg进行激活，才能得到p型GaN。使用在现有技术得到的Mg的活化率然很低。为了实现高空穴浓度的p型GaN，只有进行高浓度的Mg掺杂，但是Mg在GaN中的溶解量却受溶解度的限制。当掺杂浓度达到一定程度后，再增加Mg掺杂浓度，Mg会形成Mg₃N₂而不会进入GaN晶格。当Mg掺杂浓度很大时，Mg原子会处于晶格的间隙位置（Mgi），而不是替位Ga原子形成受主MgGa。Mgi会和GaN中大量的N空位(V_N)组成络合物（Mgi-V_N），同时Mg_Ga与V_N也会形成络合物（Mg_Ga-V_N），这些络合物均表现出施主的特性，这样在GaN中会产生严重的自补偿效应，影响电子与空穴的辐射复合效率，从而影响LED器件的发光效率。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种GaN基LED。这种GaN基LED通过调整空穴浓度的分布，降低了自补偿效应，从而提高了LED器件的发光效率。本发明还涉及这种GaN基LED的生产方法。

根据本发明的第一方面，提出了一种GaN基LED，包括基底，在基底上顺次生长的GaN层、n型GaN层、n型电子阻挡层、n型GaN层、InGaN/GaN量子阱层、InGaN/GaN发光量子阱层、p型GaN层、p型AlGaN层、接触层，其中，在p型AlGaN层和接触层之间还生长有特征p型GaN层。

通过生长特征p型GaN层，有效降低了GaN内的自补偿效应，从而提高了LED的发光效率。

在一个实施例中，特征p型GaN层包括间隔分布的高掺杂浓度的第一亚层和低掺杂浓度的第二亚层。这样，高掺杂浓度的第一亚层内的空穴浓度较高，低掺杂浓度的第二亚层内的空穴浓度较低。第一亚层内的空穴浓度较高而造成空穴运动阻力很大，因此第一亚层内的空穴的迁移率较低，相反第二亚层内空穴的迁移率较高。在通电之后，第一亚层内的高浓度空穴会为第二亚层提供了能迁移的空穴源，使得大量的空穴进入量子阱，增加空穴在量子阱中的注入效率，从而大幅提高LED的发光效率。在一个优选的实施例中，在特征p型GaN层中，最底层的为高掺杂浓度的第一亚层，最顶层也为高掺杂浓度的第一亚层。这样，低空穴浓度的第二亚层始终处于高空穴浓度的第一亚层之间，以便于为第二亚层提供足够的能迁移的空穴源。在另一个实施例中，当将相邻的第一亚层和第二亚层作为一个整体时，所生长的整体的数量为1到20。通过设置这种数量的第一亚层和多个第二亚层，能够将GaN内的电流扩展调整到最佳水平，并且示空穴的注入效率提高到最高，从而提高LED的发光效率。