一种发光二极管及其制备方法与流程

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种发光二极管及其制备方法。

背景技术：

发光二极管（Light-emitting diode，LED）是一种注入电致发光器件，在节能和智能控制方面受到广泛关注和应用。特别是GaN基材料的LED，由于其波长覆盖了整个可见光波段和紫外波段，而成为目前LED发展的主流方向。因此如何提高载流子的注入效率进而提高LED的发光性能是本领域技术人员研究的热点。

现有P型层一般包括P型AlGaN电子阻挡层、高温P型GaN层和P型接触层，但是由于P型AlGaN和P型GaN接触层中镁的激活能较高（一般P-AlGaN为215meV，p-GaN为175meV），常温下只有少量的镁被激活，空穴浓度很低。造成的直接结果是p-n结结区位置大部分落在P型区内，而活性发光层因垒层掺杂为n型区，只有少量的量子阱位于p-n结区内参与发光，因此发光强度较弱。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种发光二极管，至少包括依次层叠的N型层、有源层和P型层，其特征在于：所述P型层与所述于有源层之间还包括一P型插入层，所述P型插入层包括周期性层叠的铟富集层、第一氮化铟层、镁富集层和第二氮化铟层。

优选的，所述P型插入层与所述P型层之间还包括一过渡层。

优选的，所述过渡层为Al_xIn_yGa_1-x-yN层，其中，0≤x<1，0≤y<1，0≤x+y<1。

本发明还提供了一种发光二极管的方法，至少包括以下步骤：

制备N型层；

于所述N型层上制备有源层；

于所述有源层上制备P型层；

其特征在于：所述制备P型层之前还包括制备P型插入层的步骤，具体为：

1). 降低反应室温度，关闭氮源，通入铟源，于有源层表面形成铟富集层，以利于后续氮化铟层的沉积；

2). 通入氮源，形成第一氮化铟层；

3). 关闭铟源，通入镁源；

4). 关闭镁源后继续通入铟源，形成第二氮化铟层；

5).重复上述步骤1)-4)，形成P型插入层。

优选的，所述铟富集层的生长温度与所述第一氮化铟层的生长温度的温度差为0~50℃。

优选的，所述第二氮化铟层的生长温度高于或等于所述第一氮化铟层，其温度差为0~50℃。

优选的，所述P型插入层的生长温度为400~800℃。

优选的，沉积所述P型插入层之后还包括沉积一过渡层的生长步骤。

优选的，所述过渡层为Al_xIn_yGa_1-x-yN材料层，其中，0≤x<1，0≤y<1，0≤x+y<1。

优选的，所述步骤1)-4)的重复次数为1~10次。

优选的，所述氮源、铟源、镁源分别由氨气或者氮气、三甲基铟或三乙基铟、二茂镁提供。

本发明至少具有以下有益效果：本发明先于有源层表面形成铟富集层，以利于后续氮化铟的沉积；由于氮化铟材料的能隙较低，利用瞬间高镁浓度使镁源扩散进入第一氮化铟层和第二氮化铟层，增加了第一氮化铟层和第二氮化铟层掺入镁的效率，进而增加P型插入层中空穴浓度，同时，由于氮化铟能隙（约为0.67eV）比氮化镓能隙（约为3.4eV）小，降低镁的激活能，相对提升空穴的迁移速率，进而调节p-n结结区的位置，提升器件的内部量子发光效率；此外，低温生长的氮化铟层可减少对有源层的破坏。

附图说明

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。

图1 为本发明具体实施例1之发光二极管结构示意图。

图2 为本发明具体实施例1之P型插入层结构示意图。

图3 为本发明具体实施例1之发光二极管制备方法流程图；

图4 为本发明具体实施例1之P型插入层制备方法流程图；

图5 为本发明具体实施例2之发光二极管制备方法流程图。

图6 为本发明具体实施例2之发光二极管结构示意图。

附图标注：100：N型层；200：有源层；300：P型层；310：P型电子阻挡层；320：高温P-GaN层；330：P型接触层。400：P型插入层；410：铟富集层；420：第一氮化铟层；430：镁富集层；440：第二氮化铟层；500：过渡层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

参看附图1，本发明提供的一种发光二极管，至少包括依次层叠的N型层100、有源层200和P型层300，其中，P型层300包括依次层叠的P型电子阻挡层310、高温P-GaN层320和P型接触层330。N型杂质为硅、锗、锡中的任意一种，用于提供电子；P型杂质为铍、镁、钙、锶、钡中的任意一种，用于提供空穴。P型电子阻挡层310为P型AlGaN材料，有源层200为由InGaN阱层和GaN垒层组成的周期性结构，其周期数为4~12。由于电子的迁移率(Mobility)比空穴高10倍（电子迁移率>1500cm²/vs，空穴<200cm²/vs），因此为降低电子的迁移速率，调节P型电子阻挡层310中Al组份来阻挡N型层100中电子溢流。P型接触层330材料为GaN，其厚度为10~100Å，其P型杂质浓度为1×10¹⁹~1×10²² cm^-3。

本发明的发光二极管还包括位于有源层200与P型电子阻挡层310之间的P型插入层400，参看附图2，P型插入层400包括周期性层叠的铟富集层410、第一氮化铟层420、镁富集层430和第二氮化铟层440，其层叠周期次数为1~10次。镁富集层430形成瞬间高镁浓度，并通过镁的扩散效应和记忆效应，使第一氮化铟层420和第二氮化铟层440中形成镁 Delta掺杂，增加镁的注入效率，进而增加P型插入层400中的空穴浓度及降低镁的激活能；同时，减小了空穴向N型层100注入时势垒的高度，使得空穴的迁移速率相对增加，电子-空穴有效复合辐射结区向N型层100迁移，提升器件的内部量子发光效率。

参看附图3~4，本发明还提供了一种发光二极管制备方法，至少包括如下步骤：制备N型层100；制备有源层200；制备P型层300，其中P型层300包括依次生长P型电子阻挡层310、高温P-GaN层320、P型接触层330的步骤；为进一步防止电子溢流及增加空穴的注入效率，本发明还包括在有源层200与P型电子阻挡层310之间生长P型插入层400的步骤，具体为：

1). 降低反应室温度，关闭氮源，通入铟源，于有源层200表面形成铟富集层410，以利于后续第一氮化铟层420和第二氮化铟层440的沉积；

2). 通入氮源，形成第一氮化铟层420；

3). 关闭铟源和氮源，通入镁源，形成镁富集层430；

4). 关闭镁源后继续通入铟源和氮源，形成第二氮化铟层440；

5). 重复上述步骤1)-4) 1~10次，形成P型插入层400。

其中，氮源、铟源、镁源分别由氨气或者氮气、三甲基铟或三乙基铟、二茂镁提供。通过分步形成镁 Delta掺杂的P型插入层400，以瞬间高镁浓度的镁富集层430使镁源扩散进入第一氮化铟层420和第二氮化铟层440，增加了第一氮化铟层420和第二氮化铟层440掺入镁的效率，进而增加P型层300内镁的空穴浓度，降低其激活能。另一方面，由于氮化铟材料的能隙较低（约0.7eV），减小了空穴向N型层100注入的势垒的高度，增加空穴注入效率，调节p-n结结区的位置，电子-空穴的有效复合辐射机率得到改善。

同时，氮化铟材料具有高温易析出的特性，因此，P型插入层400的温度范围为400~800℃，温度过高不利于氮化铟的形成，同时也因对有源层200的烘烤而破坏其晶体质量。第一氮化铟层420与第二氮化铟层440的生长时间相同或者不同；铟富集层410的生长温度与第一氮化铟层420的生长温度的温度差为0~50℃。低温成长的铟富集层410为第一氮化铟层420的沉积提供生长基点，得到较高质量的第一氮化铟层420，其生长温度为400~600℃。镁富集层430的生长温度高于或等于所述第一氮化铟层420，其温度差为0~50℃，较低的生长温度不易于Mg-H键的断裂，镁的活化效率较低；同样第二氮化铟层440的生长温度高于或等于第一氮化铟层420生长温度，差温度差为0~50℃，较高的温度生长的第二氮化铟层440起到温度过渡作用，以易于后续高温P型层300的生长，防止瞬间高温对P型插入层400晶格的破坏。

实施例2

参看附图5，本发明与实施例1的区别在于，在生长P型插入层400与P型层300之间还包括生长一材料为Al_xIn_yGa_1-x-yN的过渡层500的步骤，以减小P型插入层400与P型电子阻挡层310之间的晶格失配引起的极化效应，其生长温度介于P型插入层400与P型电子阻挡层310之间，起到温度过渡作用，过渡层为Al_xIn_yGa_1-x-yN材料层，0≤x<1，0≤y<1，0≤x+y<1。且所述P型插入层400中铟源富集层410、第一氮化铟层420、镁富集层430及第二氮化铟层440的生长温度相同，且第一氮化铟层420与第二氮化铟层440的生长时间相同，均为10~60秒。其它生长条件及有益效果均与实施例1中所述相同，在此不在累述。

本实施例提供的一种发光二极管，参看附图6，依次至少包括：N型层100、有源层200、P型层300，及位于有源层200与P型层300之间的P型插入层400和过渡层500，其中，P型插入层400包括周期性层叠的铟富集层410、第一氮化铟层420、镁富集层430和第二氮化铟层440，其周期性层叠次数为1~10次；过渡层500位于P型插入层400与P型层300之间，起到晶格过渡作用，减少因晶格失配产生的极化效应。

综上所述，本发明于有源层200上通过分步、低温成长形成一镁 Delta掺杂的P型插入层400，由于氮化铟材料的能隙较低，利用瞬间高镁浓度使镁源扩散进入氮化铟层，增加了氮化铟层掺入镁的效率，进而增加P型区内镁的空穴浓度及降低其激活能，进而调节p-n结结区的位置，提升器件的内部量子发光效率；同时低温生长的氮化铟层可减少对有源层200的破坏。

应当理解的是，上述具体实施方案仅为本发明的优选实施例，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或者修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属本发明的保护范围之内。