发光二极管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体制造技术领域，特别涉及一种发光二极管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]自从20世纪60年代早期以来已经制造了半导体发光二极管(LED)器件，并且得到广泛的商业应用，其LED结构是基于诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)法生长的晶体半导体材料层组成。该LED具有寿命长、功耗低的优点，但随着技术的日渐成熟，LED的运用领域也越来越多元化，对LED的亮度要求也越来越高，如何提高LED的功率是LED发展中遇到的难题之一。一些研究人员通过调整LED结构中发光层结构或P型层结构及两者的生长条件提高空穴活化浓度，进而增加发光层中有效复合量子数。然而为了避免破坏量子阱层结构，使得P型层的生长温度无法达到获得较好晶体质量的范围，进而无法获得质量更优的P型层结构，导致发光二极管元件的电性能无法满足应用需求。此外，由于LED结构特点的限制，无法实现来自同一芯片的多颜色输出组合，从而束缚了LED的应用范围。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明提出了一种具有纳米颗粒的发光二极管，用以改善发光二极管的发光效率及实现同一芯片的多颜色输出组合功能。
[0004]本发明技术方案为:
发光二极管，包括N型层、应力释放层、发光层、P型层，其中所述发光层至少包括一具有量子效应的纳米颗粒层，所述纳米颗粒层的材料为半导体，当向N型层和P型层注入电流后，所述半导体材料的纳米颗粒层向外发射光线。
[0005]优选的，所述发光层包括一提高所述纳米颗粒层发光强度的过渡层，所述过渡层材料为AlxInyGaX(0 < x< I，0<y< I)，所述X为V族元素;所述过渡层具有发光功能。
[0006]优选的，所述发光层还包括插入于所述应力释放层和所述过渡层之间的InGaX/GaX多量子讲结构。
[0007]优选的，所述多量子阱、过渡层的发光波长与纳米颗粒层的发光波长一致。
[0008]优选的，所述纳米颗粒层的尺寸范围为10?100 A，颗粒间距为O?500 Ao
[0009]优选的，所述纳米颗粒层的材料为GaX、AlGaX、GaInX中的任意一种或几种的组合。
[0010]优选的，所述纳米颗粒层为单层结构。
[0011]优选的，所述X为As、PSN元素的其中一种。
[0012]优选的，所述纳米颗粒为球状颗粒、柱状颗粒、球状与柱状组合颗粒、不规则形颗粒中的一种或多种。
[0013]优选的，所述P型层由空穴注入层和空穴传输层组成。
[0014]优选的，所述空穴注入层的材料为金属氧化物。
[0015]优选的，所述空穴传输层的材料为有机材料。
[0016]本发明同时提出发光二极管的制作方法，依次形成N型层、应力释放层、发光层、P型层，其中，所形成的发光层包括具有量子效应的纳米颗粒层，所述纳米颗粒层的材料为半导体;当向N型层和P型层注入电流后，所述半导体纳米颗粒层向外发射光线。
[0017]优选的，调节纳米颗粒层中颗粒的尺寸，控制发光二极管的发光波长。
[0018]优选的，调节纳米颗粒层中纳米颗粒之间的间距，实现纳米颗粒对光线路的改变，增加外量子效率。
[0019]优选的，首先采用化学气相沉积法形成N型层、应力释放层、过渡层，接着采用物理沉积法形成半导体纳米颗粒层和P型层。
[0020]优选的，采用物理沉积法于所述纳米颗粒层表面沉积由金属氧化物材料的空穴注入层和有机材料的空穴传输层组成的P型层。
[0021]本发明至少具有以下有益效果:
1、本发明于发光二极管的发光层中引入半导体材料的纳米颗粒层，通过选择纳米颗粒的尺寸大小及材料种类，调节发光二极管的发光波长。
[0022]2、在纳米颗粒层之前插入AlxInyGaX材料的过渡层，减小了纳米颗粒层与应力释放层之间的晶格差异，改善晶体质量；同时调节过渡层中In含量，调节发光波长与纳米颗粒层的发光波长一致，增加发光二极管的发光强度。
[0023]3、相较于常规LED结构，本发明采用物理方法形成P型层，其生长温度较低，避免破坏发光层结构，改善发光二极管的出光效率；同时较低的生长温度可以减小能源消耗，有效降低生产成本。
【附图说明】
[0024]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
[0025]图1为本发明实施例一之发光二极管结构示意图。
[0026]图2为本发明实施例二之发光二极管结构示意图。
[0027]图中:10.衬底；20.N型半导体层;30.应力释放层;40.发光层;41.过渡层；42.纳米颗粒层;43.多量子阱层;50.P型层;51.空穴注入层;52.空穴传输层。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。
[0029]实施例1
参看附图1，发光二极管结构包括衬底10，所述衬底10为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓等材料;N型半导体层20置于衬底10上表面，所述N型半导体层20为单层结构或掺杂浓度不同的多层结构；应力释放层30置于N型半导体层20上表面，所述应力释放层30为InGaX/GaX循环结构；厚度为10?100A的过渡层41于应力释放层30上表面生长，所述过渡层41材料为AlxInyGaX,其中OS x<l，0<y<l，所述X为V族元素。纳米颗粒层42置于过渡层41上表面，与过渡层41组成发光层40，所述纳米颗粒层42为球状颗粒、柱状颗粒、球状与柱状组合颗粒、不规则形颗粒中的一种或多种，其材料为GaX、AlGaX、GaInX半导体材料中的一种或几种的组合;其中，所述X为As、P或N元素的其中一种。所述纳米颗粒层的尺寸范围为10?100 A，本实施例优选20?50 A。所述纳米颗粒层为多层或单层结构，而由于多层结构的层与层中纳米颗粒间存在电子空穴的传递过程，而此传递过程易减小纳米颗粒层中电子与空穴复合效率，从而造成发光亮度及其均匀性降低，因此本发明优先选择单层纳米颗粒层结构，使其发光效率及发光均匀性最优化。
[0030]当材料尺寸有宏观尺寸转变为纳米尺寸时，普通金属费米能级附近的准连续能级在纳米颗粒中会变为离散能级，各能级之间存在能极差，而当这种能级差大于热能，电场能或者磁场能时，就会呈现出与宏观物体不同的反常特性，即量子效应。相较于目前常规使用的纳米金属颗粒或纳米有机物颗粒，本实施例的半导体材料颗粒因常规尺寸中存在的窄能障在纳米尺寸颗粒中变宽的现象明显，造成该半导体纳米颗粒本身即具有发光特性，从而避免无效发光现象(发热现象)的产生，同时减小与过渡层41的晶格差异，提升发光二级管的晶体质量。为节省制备工艺及保证纳米颗粒性能一致性，本实施例采用市场销售的成熟商业方法制备的半导体材料纳米颗粒，并根据实际应用需求，选择纳米颗粒的