[發明專利]氮化物半導體材料發光二極管及其制備方法

無效

• 申請號: 201210375144.6
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN102891229A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 司朝;魏同波;王軍喜;李晉閩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種氮化物半導體材料發光二極管及其制備方法。

背景技術

III-V族半導體光電材料被譽為第三代半導體材料，而氮化物半導體材料發光二極管由于可以通過調制材料的組成實現從藍光到紅光的光譜發射而成為業界研究的重點。

目前，氮化物半導體材料或者器件的外延生長主要采用MOCVD技術，但是由于缺乏與氮化鎵晶格匹配的襯底材料，主要采用藍寶石作為襯底進行異質外延，然而由于藍寶石與氮化物材料之間較大的晶格失配與熱膨脹系數的差異，外延層的質量難以保證，另外外延層中也存在較大的應力與熱失配。

在傳統的氮化物半導體材料發光二極管有源區中，由于空穴的有效質量較大，遷移率低，因此氮化物半導體材料發光二極管中的空穴主要分布在靠近p型氮化物半導體材料接觸層的幾個量子阱中，分布極為不均勻。此外，由于有源區內量子阱與勢壘層之間的晶格失配等原因在多量子阱區會形成較大的極化電場，此極化電場使量子阱中電子與空穴的波函數發生分離，影響輻射復合效率和發光強度。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明提供了一種氮化物半導體材料發光二極管及其制備方法，以改善氮化物半導體材料發光二極管有源區中空穴的分布。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種氮化物半導體材料發光二極管，包括：襯底；n型接觸層，其材料為n型的氮化物半導體材料，形成于襯底上；活性發光層，其材料為氮化物半導體材料，形成于n型接觸層上；以及p型接觸層，其材料為p型的氮化物半導體材料，形成于活性發光層上；其中，活性發光層為由至少兩種不同的氮化物半導體材料構成的多周期量子阱結構，該多周期量子阱結構中至少部分量子阱層的氮化物半導體材料為p型摻雜。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種氮化物半導體材料發光二極管的制備方法，包括：在襯底上形成n型接觸層，其材料為n型的氮化物半導體材料；在n型接觸層上形成由兩種不同的氮化物半導體材料構成的多周期量子阱結構的活性發光層，該多周期量子阱結構中至少部分量子阱層的氮化物半導體材料為p型摻雜；以及在活性發光層上形成p型接觸層，其材料為p型的氮化物半導體材料。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明氮化物半導體材料發光二極管及其制備方法具有以下有益效果：

(1)活性發光層中，對底層的量子阱進行摻雜后空穴不再局限于靠近p型氮化物半導體材料接觸層的量子阱中，電子與空穴在底層的量子阱中復合增強可以調制不同的量子阱發光；

(2)活性發光層中，p型摻雜可以產生更多的空穴，電子與空穴的復合增強，發光二極管發光強度增強同時有利于抑制電子的溢出，有效抑制droop效應。

附圖說明

圖1為根據本發明實施例的氮化物半導體材料發光二極管的結構示意圖；

圖2為根據本發明實施例的氮化物半導體材料發光二極管制備方法的流程圖；

圖3為傳統的半導體二極管與本發明半導體二極管電致發光測試結果。

【主要元件符號說明】

11-襯底；????12-成核層；

13-緩沖層；????????14-n型接觸層；

15-活性發光層；????151-銦鎵氮子層；

152-鎵氮子層；?????16-p型電子阻擋層；

17-p型接觸層。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

本發明的目的在于提供一種氮化物半導體材料發光二極管及其制備方法，通過對有源區中量子阱層的p型摻雜，既可以產生更多的空穴又可以屏蔽極化電場的影響，從而提高空穴的注入效率，改善空穴的分布。

圖1為根據本發明實施例的氮化物半導體材料發光二極管的結構示意圖。請參照圖1，該氮化物半導體材料發光二極管包括：襯底11，及在該襯底上依次生長的成核層12、緩沖層13、n型接觸層14、活性發光層15、p型電子阻擋層16及p型接觸層17；其中，活性發光層15為由兩種不同的氮化物半導體材料構成的多周期量子阱結構，該多周期量子阱結構中至少部分量子阱層的氮化物半導體材料為p型摻雜。其中，成核層、緩沖層、n型接觸層和p型接觸層的材料均為氮化物半導體材料。