[發明專利]一種發光二極管的PN結及其制造方法

無效

• 申請號: 201310438745.1
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN103560184A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 李世彬;張婷
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/32
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民

技術領域

本發明涉及發光二極管材料領域，尤其是涉及一種發光二極管的PN結及其制造方法。

背景技術

以硅（Si）為代表的傳統半導體材料已經不能滿足人們對現代科學技術的各種要求。隨著信息產業的逐步發展，全色顯示、高密度存儲、高帶寬無線傳輸等各領域迫切的需要波長更短的LED、LD器件及功率密度更高的微波器件。以氮化鎵（GaN）為代表的第三代寬禁帶????????????????????????????????????????????????-族氮化物半導體材料就是在這這種情況下應用而生的。

GaN新型半導體材料具有大禁帶寬度、高臨界場強、高遷移率、高載流子飽和速率、異質結界面二維電子氣濃度高等特性。由于GaN晶體很高的熔點和飽和蒸汽壓，一般通過在藍寶石異質襯底上外延生長GaN材料及器件。眾所周知，GaN基LED的核心工作區域為p-n結，工作時要有足夠數量的電子和空穴注入，因此對GaN材料的n型和p型摻雜控制非常重要。

n型摻雜比較簡單，摻雜劑選擇施主元素Si即可。p摻雜的主要摻雜劑是鎂（Mg）,一般摻Mg后得到的是高阻材料，必須經過熱退火后才能得到p材料。并不是摻雜Mg的濃度越高，得到的載流子濃度就越高。重摻雜會導致晶格缺陷增多，使得材料的極性發生改變。因此不能過度提高Mg的摻雜量來增加Mg的有效摻雜濃度。

在現有GaN體材料p摻雜中，GaN材料中受主元素的高激活能仍是阻礙p型摻雜的根本障礙。而在鋁鎵氮（AlGaN）材料中，Mg的有效摻雜更加困難，當Al組分增加時，Mg的電離能迅速增加，這將導致Mg的激活相當困難。因此，用現有技術制成的上述半導體材料制成的LED發光強度小、發光效率低。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種發光強度大、發光效率高的發光二極管的PN結及其制造方法。

本發明實施例公開的技術方案包括：

一種制造發光二極管的PN結方法，其特征在于，包括：獲取基底材料；在所述基底材料上形成硅摻雜氮化物層；在所述硅摻雜氮化物層上形成鎂摻雜金屬氮化物層，其中所述鎂摻雜金屬氮化物層中金屬組分含量從靠近所述硅摻雜氮化物層的部分到遠離所述硅摻雜氮化物層的部分從零開始線性增加。

本發明一個實施例中，所述基底材料包括藍寶石、碳化硅或者金剛石。

本發明一個實施例中，所述在所述基底材料上形成硅摻雜氮化物層的步驟包括：使用金屬有機化學氣相沉積法或者分子束外延生長法在所述基底材料上形成硅摻雜氮化物層。

本發明一個實施例中，所述硅摻雜氮化物層為半絕緣氮面極化[0001]晶向。

本發明一個實施例中，所述在所述硅摻雜氮化物層上形成鎂摻雜金屬氮化物層的步驟包括：將形成了所述硅摻雜氮化物層的所述基底材料放置于分子束外延生長儀中；向所述分子束外延生長儀中通入金屬分子束、氮等離子體和鎂分子束，使所述金屬分子束的流量從零開始線性增加，并且使所述鎂分子束的流量保持不變。

本發明一個實施例中，所述硅摻雜氮化物層為硅摻雜氮化鎵層。

本發明一個實施例中，所述鎂摻雜金屬氮化物層為鎂摻雜鋁鎵氮層。

本發明一個實施例中，所述在所述硅摻雜氮化物層上形成鎂摻雜金屬氮化物層的步驟包括：將形成了所述硅摻雜氮化物層的所述基底材料放置于分子束外延生長儀中；向所述分子束外延生長儀中通入鋁分子束、鎵分子束、氮等離子體和鎂分子束，使所述鋁分子束的流量從零開始線性增加，并且使所述鎂分子束的流量保持不變。

本發明的實施例中還提供了一種發光二極管的PN結，其特征在于，包括：基底材料；硅摻雜氮化物層，所述硅摻雜氮化物層形成在所述基底材料上；鎂摻雜金屬氮化物層，所述鎂摻雜金屬氮化物層形成在在所述硅摻雜氮化物層上，其中所述鎂摻雜金屬氮化物層中金屬組分含量從靠近所述硅摻雜氮化物層的部分到遠離所述硅摻雜氮化物層的部分從零開始線性增加。

本發明的實施例中還提供了一種發光二極管的PN結，其特征在于，包括：基底材料；硅摻雜氮化鎵層，所述硅摻雜氮化鎵層形成在所述基底材料上；鎂摻雜鋁鎵氮層，所述鎂摻雜鋁鎵氮層形成在所述硅摻雜氮化鎵層上，其中所述鎂摻雜鋁鎵氮層中鋁組分含量從靠近所述硅摻雜氮化鎵層的部分到遠離所述硅摻雜氮化鎵的部分從零開始線性增加。