[发明专利]一种发光二极管的PN结及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管材料领域，尤其是涉及一种发光二极管的PN结及其制造方法。

背景技术

以硅（Si）为代表的传统半导体材料已经不能满足人们对现代科学技术的各种要求。随着信息产业的逐步发展，全色显示、高密度存储、高带宽无线传输等各领域迫切的需要波长更短的LED、LD器件及功率密度更高的微波器件。以氮化镓（GaN）为代表的第三代宽禁带                                                -族氮化物半导体材料就是在这这种情况下应用而生的。

GaN新型半导体材料具有大禁带宽度、高临界场强、高迁移率、高载流子饱和速率、异质结界面二维电子气浓度高等特性。由于GaN晶体很高的熔点和饱和蒸汽压，一般通过在蓝宝石异质衬底上外延生长GaN材料及器件。众所周知，GaN基LED的核心工作区域为p-n结，工作时要有足够数量的电子和空穴注入，因此对GaN材料的n型和p型掺杂控制非常重要。

n型掺杂比较简单，掺杂剂选择施主元素Si即可。p掺杂的主要掺杂剂是镁（Mg）,一般掺Mg后得到的是高阻材料，必须经过热退火后才能得到p材料。并不是掺杂Mg的浓度越高，得到的载流子浓度就越高。重掺杂会导致晶格缺陷增多，使得材料的极性发生改变。因此不能过度提高Mg的掺杂量来增加Mg的有效掺杂浓度。

在现有GaN体材料p掺杂中，GaN材料中受主元素的高激活能仍是阻碍p型掺杂的根本障碍。而在铝镓氮（AlGaN）材料中，Mg的有效掺杂更加困难，当Al组分增加时，Mg的电离能迅速增加，这将导致Mg的激活相当困难。因此，用现有技术制成的上述半导体材料制成的LED发光强度小、发光效率低。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种发光强度大、发光效率高的发光二极管的PN结及其制造方法。

本发明实施例公开的技术方案包括：

一种制造发光二极管的PN结方法，其特征在于，包括：获取基底材料；在所述基底材料上形成硅掺杂氮化物层；在所述硅掺杂氮化物层上形成镁掺杂金属氮化物层，其中所述镁掺杂金属氮化物层中金属组分含量从靠近所述硅掺杂氮化物层的部分到远离所述硅掺杂氮化物层的部分从零开始线性增加。

本发明一个实施例中，所述基底材料包括蓝宝石、碳化硅或者金刚石。

本发明一个实施例中，所述在所述基底材料上形成硅掺杂氮化物层的步骤包括：使用金属有机化学气相沉积法或者分子束外延生长法在所述基底材料上形成硅掺杂氮化物层。

本发明一个实施例中，所述硅掺杂氮化物层为半绝缘氮面极化[0001]晶向。

本发明一个实施例中，所述在所述硅掺杂氮化物层上形成镁掺杂金属氮化物层的步骤包括：将形成了所述硅掺杂氮化物层的所述基底材料放置于分子束外延生长仪中；向所述分子束外延生长仪中通入金属分子束、氮等离子体和镁分子束，使所述金属分子束的流量从零开始线性增加，并且使所述镁分子束的流量保持不变。

本发明一个实施例中，所述硅掺杂氮化物层为硅掺杂氮化镓层。

本发明一个实施例中，所述镁掺杂金属氮化物层为镁掺杂铝镓氮层。

本发明一个实施例中，所述在所述硅掺杂氮化物层上形成镁掺杂金属氮化物层的步骤包括：将形成了所述硅掺杂氮化物层的所述基底材料放置于分子束外延生长仪中；向所述分子束外延生长仪中通入铝分子束、镓分子束、氮等离子体和镁分子束，使所述铝分子束的流量从零开始线性增加，并且使所述镁分子束的流量保持不变。

本发明的实施例中还提供了一种发光二极管的PN结，其特征在于，包括：基底材料；硅掺杂氮化物层，所述硅掺杂氮化物层形成在所述基底材料上；镁掺杂金属氮化物层，所述镁掺杂金属氮化物层形成在在所述硅掺杂氮化物层上，其中所述镁掺杂金属氮化物层中金属组分含量从靠近所述硅掺杂氮化物层的部分到远离所述硅掺杂氮化物层的部分从零开始线性增加。

本发明的实施例中还提供了一种发光二极管的PN结，其特征在于，包括：基底材料；硅掺杂氮化镓层，所述硅掺杂氮化镓层形成在所述基底材料上；镁掺杂铝镓氮层，所述镁掺杂铝镓氮层形成在所述硅掺杂氮化镓层上，其中所述镁掺杂铝镓氮层中铝组分含量从靠近所述硅掺杂氮化镓层的部分到远离所述硅掺杂氮化镓的部分从零开始线性增加。