发光二极管及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体发光器件领域，涉及一种发光二极管及其制作方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light Emitting D1de, LED)具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用，尤其是LED以其优异的性能被业界普遍认为是第四代光源的理想选择，LED光源在发光效率、使用寿命、回应时间、环保等方面均优于白炽灯、突光灯等传统光源。
[0003]氮化镓(GaN)基化合物为直接带隙宽禁带半导体，其带隙从1.8-6.2eV连续可调，并且具有很高的击穿电压，因而被广泛应用于高亮度蓝绿光发光二极管、蓝紫光激光二极管(LD, Laser D1de)和高电子迁移率场效应晶体管(HEMT, High Electron MobilityTransistor)。近年来，高亮度蓝绿光LED发展迅速，已成为全彩色高亮度大型户外显示屏、交通信号灯等必需的发光器件，同时，由蓝光LED激发黄色荧光粉制作的白光LED已大量应用于背光源、汽车照明等领域，并在固体照明光源领域显示了巨大的应用潜力。
[0004]随着氣化嫁基材料的广业化，闻売度的发光_■极管最受:瞩目。目如闻売度的氣化镓基材料主要通过提高光提取效率和内量子效率来增强出光强度。光提取效率主要采用图形化衬底、P型层的粗化和激光剥离工艺等来实现。而提高内量子效率的进展相对较慢，主要受氮化镓基材料P型层中空穴浓度较低、量子阱(MQW)中的压电场较强和异质结构中的缺陷密度较高等几个方面的抑制。
[0005]目前GaN基发光二极管中均使用电流扩展层，起到扩散注入电流提高亮度的作用。目前电流扩展层一般采用ITO薄膜，ITO是一种高简并的η型半导体，自由载流子主要来源于Sn对In的替位式取代和氧空位，在晶格中，每一个Sn取代In的位置后会提供一个自由电子进入导带，同时氧空位也作为施主提供电子，因此，薄膜一般具有较高的载流子浓度和较低的电阻率，导电性能可以与金属导体相比。ITO薄膜的禁带宽度约为3.85eV，在可见光波段透过率一般在85%以上，同时红外区(1.2pm)的反射也可超过90%，对微波有明显的减弱作用。由于其良好的导电性和透光性，被广泛用于LED芯片透明电极薄膜上。
[0006]ITO有效地解决了 P型层电流扩展的问题，而N型层电流扩展需要同P型层相互配合才能有效地进一步提闻器件的发光效率，所以，如何提闻N型电流扩展，从而提闻LED器件发光亮度，同时降低发光二极管的工作电压以降低功耗是急需解决的问题。
【发明内容】
[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制作方法，用于提高解决现有技术中发光二极管的工作电压高、功耗较大的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，一种发光二极管，所述发光二极管至少包括衬底；形成于所述衬底上的N型GaN层；所述N型GaN层中形成有周期性排列的AlxGaxN/InyGayN超晶格层；其中，O < x ^ 0.3 ；0 < y ^ 0.1 ;形成于所述N型GaN层上的有源区；形成于所述有源区上的P型AlGaN层或AlInGaN层；形成于所述P型AlGaN层或AlInGaN层上的P型GaN层以及形成于所述P型GaN层和N型GaN层上的电极。
[0009]优选地，所述AlxGaxN/InyGayN超晶格层中的AlxGaxN层厚度为0.l_50nm，Si的掺杂浓度在1018-1019。
[0010]优选地，所述AlxGaxN/InyGayN超晶格层中的InyGayN层的厚度范围是0.1?50nm，Si的掺杂浓度在1018-1019。
[0011]优选地，所述周期性排列的晶格层的周期厚度在2-100nm之间。
[0012]优选地，所述周期性排列的AlGaN/InGaN超晶格层的个数在2_30个之间。
[0013]优选地，所述周期性排列的AlxGaxN/InyGayN超晶格的总厚度不超过300nm。
[0014]优选地,所述N型GaN层总厚度为d,所述周期性排列的AlGaN/InGaN超晶格层下的N型GaN层厚度为da，所述AlGaN/InGaN超晶格层的位置满足0〈da ( d/2。
[0015]优选地，所述衬底与所述N型GaN层之间设有缓冲层。
[0016]本发明还提供一种发光二极管的制作方法，至少包括以下步骤:
[0017]I)提供一衬底，在所述衬底上形成第一 N型GaN层；
[0018]2)在所述第一 N型GaN层上形成周期性排列的AlxGaxN/InyGayN超晶格层；其中，O < X ^ 0.3 ；0 < y ^ 0.1 ；
[0019]3)在所述周期性排列的AlxGaxN/InyGayN超晶格层上形成第二 N型GaN层；
[0020]4)在所述第二 N型GaN层上形成有源区；
[0021]5)在所述有源区上形成P型AlGaN层或AlInGaN层；
[0022]6 )在所述P型AlGaN层或Al InGaN层上形成P型GaN层以及形成于所述P型GaN层和N型GaN层上的电极。
[0023]优选地，所述AlxGaxN/InyGayN超晶格层中的AlxGaxN层厚度为3_20nm，Si的掺杂浓度在 118-1O190
[0024]优选地，所述AlxGaxN/InyGayN超晶格层中的InyGayN层的厚度范围是3?20nm，Si的掺杂浓度在118-1O19。
[0025]优选地，所述周期性排列的AlxGaxN/InyGayN超晶格层的周期厚度在10_30nm之间。
[0026]优选地，所述周期性排列的AlGaN/InGaN超晶格层的个数在3_15个之间。
[0027]优选地，所述周期性排列的AlxGaxN/InyGayN超晶格的总厚度不超过200nm。
[0028]优选地，所述AlxGaxN/InyGayN 超晶格层中，0.05 < x ^ 0.2 ；0.01 < y 彡 0.1。
[0029]优选地，所述步骤I)中还包括在所述衬底上形成第一 N型GaN层之前生长缓冲层的步骤。
[0030]如上所述，本发明的发光二极管及其制作方法，具有以下有益效果:在NGaN中间插入AlGaN/InGaN超晶格，提高了 N型电流扩展能力，可以降低器件工作电压，也可以提高器件发光效率。
【附图说明】
[0031]图1显示为本发明在衬底上形成第一 N型GaN层的结构示意图。
[0032]图2显示为本发明在所述第一 N型GaN层上形成周期性排列的AlGaN/InGaN超晶格层的结构示意图。
[0033]图3显示为本发明在第二 N型GaN层上依次形成有源区以及P型AlGaN层或Al InGaN层的结构示意图。
[0034]图4显示为本发明在P型AlGaN层或AlInGaN层上形成P型GaN层以及在P型GaN层和N型GaN层上形成电极的结构示意图。
[0035]图5显示本发明包括缓冲层的另一实施例结构示意图。
[0036]元件标号说明
[0037]I 衬底
[0038]2 N 型 GaN 层
[0039]21 第一 N 型 GaN 层
[0040]22 第二 N 型 GaN 层
[0041 ]3 周期性排列的AlGaN/InGaN超晶格层
[0042]31 AlGaN 层
[0043]32 InGaN 层
[0044]4 有源区
[0045]5 P 型 AlGaN 或 Al InGaN
[0046]6 P 型 GaN
[0047]7 N 电极
[0048]8 P 电极
[0049]9 缓冲层
【具体实施方式】
[0050]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0051]请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0052]实施例1
[0053]本发明提供一种发光二极管，请参阅图1至图4所示，所述发光二极管至少包括衬底I ;形成于所述衬底I上的N型GaN层2 ;所述N型GaN层2中形成有周期性排列的八1!^!^/111#&#超晶格层3 ;其中，O < X彡0.3;0 < y彡0.1 ;形成于所述N型GaN层3上的有源区4 ;形成于所述有源区4上的P型AlGaN层或AlInGaN层5 ;形成于所述P型AlGaN层或AlInGaN层5上的P型GaN层6以及形成于所述P型GaN层6和N型GaN层2上的P电极8和N电极7。另一实施例中，如图5所示，可以在衬底I和N型GaN层2之间生长缓冲层9。
[0054]具体的，所述衬底I可以是蓝宝石衬底，也可以是其它半导体衬底，例如硅衬底或SOI。所述衬底I表面还可包括GaN缓冲层(图5所示)。所述有源区4为多重量子阱，其材料可为In掺杂的GaN，所述P型AlGaN层或AlInGaN层5位于有源区4和P型GaN层6之间，可以作为电子阻挡层，提高器件的发光效率。
[0055]在N型GaN中间插入AlGaN/InGaN超晶格，定义N型GaN总厚度为d，N型GaN被插入的AlGaN/InGaN超晶格分为两个部分，如图2中所示的第一 N型GaN层21和第二 N型GaN层22，其厚度分别定义为da和db，满足da+db=d。所述AlGaN/InGaN超晶格层在N型GaN中位置可以不固定，该超晶格层中AlxGaxN层的厚度在0-50nm，x在0-0.3之间，Si的掺杂浓度在118-1O19,该超晶格层中InyGayN的厚度在0_50nm，y在0-0.1之间，Si的掺杂浓度在118-1O19,所述AlGaN/InGaN超晶格层的周期厚度在2_100nm之间，所述AlGaN/InGaN超晶格层周期性排列的周期个数在2-30个之间，所述周期性排列的△1!^&!^/111#0超晶格的总厚度不超过300nm。