一種三維摻雜的氮化物發光二極管及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體光電器件領域，特別是一種三維摻雜的氮化物發光二極管及其制作方法。
【背景技術】
[0002]現今，發光二極管(LED)，特別是氮化物發光二極管因其較高的發光效率，在普通照明領域已取得廣泛的應用。但由于氮化物本身的問題，P型摻雜一直是困擾氮化物發展的難題。雖然目前采用熱退火可有效改善Mg摻雜的活化效率，但與電子濃度相比，空穴的有效數量仍不夠，導致發光二極管產生亮度偏低、efficiency droop等問題。如圖1所示，傳統的氮化物發光二極管P型摻雜一般采用二維的摻雜方法，摻雜效率較低，Mg活化效率較低。
[0003]鑒于現有技術的氮化物發光二極管難以獲得高的Mg摻雜，因此有必出一種新的三維摻雜的氮化物發光二極管及其制作方法。
【發明內容】
[0004]為解決上述技術問題，本發明的目的在于:提供一種三維摻雜的氮化物發光二極管及其制作方法，P型氮化物采用三維摻雜，通過外延生長三維氮化物納米錐并將其側壁蝕刻成納米凹坑，然后對側壁進行高濃度的Mg摻雜，可有效增加Mg摻雜的界面面積和摻雜效率，相比于傳統的二維摻雜，采用三維納米可有效提升Mg的摻雜和離化效率，提升發光二極管的發光效率和強度。
[0005]根據本發明的第一方面，一種三維摻雜的氮化物發光二極管，從下至上依次包括:襯底、N型氮化物、多量子阱、電子阻擋層以及P型氮化物，其特征在于:P型氮化物采用三維摻雜，通過先外延生長三維納米錐并將其側壁蝕刻成納米凹坑，然后對側壁進行高濃度的Mg摻雜，增大Mg摻雜的界面面積和摻雜效率，再進行二維生長使三維納米錐合并，重復性地周期生長P型氮化物，形成周期性的三維納米Mg摻雜界面。
[0006]進一步地，所述襯底為藍寶石或碳化硅或硅或氮化鎵或氮化鋁或氧化鋅等適合外延生長的襯底。
[0007]進一步地，所述三維納米錐的尺寸為10nm~1000nm。
[0008]進一步地，所述納米凹坑為球狀或半球狀或三角狀或六角狀等，尺寸為5nm?500nmo
[0009]根據本發明的第二方面，一種三維摻雜的氮化物發光二極管的制作方法，包含以下步驟:(1)在襯底上依次外延生長N型氮化物、多量子阱以及電子阻擋層的外延結構；
(2)制作Al納米顆粒的籽晶；(3)生長三維的氮化物納米錐；(4)在三維的氮化物納米錐側壁蝕刻成納米凹坑，提升側壁Mg摻雜的有效面積；(5)對三維的氮化物納米錐側壁進行高濃度的Mg摻雜，形成三維納米Mg摻雜界面；(6) 二維生長合并三維的氮化物納米錐，生長表面平整的P型氮化物；(7)重復步驟(2) ~ (6)，周期為N次(N彡1)，制作三維摻雜的氮化物發光二極管。
[0010]進一步地，所述步驟(2)包括:先將生長溫度升至900~1200°C，優選1100°C，壓強控制在50~200Torr，優選10Torr，通入TMAl和N2,沉積一厚度為10~1000nm的Al原子，優選lOOnm，然后，關閉TMAl，并將溫度升至1200~1500°C，優選1300°C，使表面的Al弛豫退火，形成Al納米顆粒，其尺寸為lnm~500nm，優選50nm。
[0011]進一步地，所述步驟(3)包括:先將生長溫度降至900~1200°C，優選1100°C，壓強升至500~700Torr，優選500Torr，通入TMGa、NH3、隊和Cp2Mg，外延生長摻Mg的三維納米錐。
[0012]進一步地，所述步驟(4)包括:先關閉TMGa、NH3、N# Cp2Mg，將反應室的壓強降至50~200Torr，優選10Torr，生長溫度升至1200~1500°C，優選1300 °C，并通入H2，將三維納米錐的側壁蝕刻成納米凹坑。
[0013]進一步地，所述步驟(5)包括:先關閉TMGa、NH3,隊和H 2，將反應室的壓強降至50~200Torr,優選lOOTorr，生長溫度降至900~1200°C，優選1100°C，并通入Cp2Mg和N2,在三維納米錐的側壁進行高濃度的Mg摻雜。
[0014]進一步地，所述步驟(6)包括:將生長溫度控制在900~1200°C，優選1100°C，壓強控制在50~200Torr，優選lOOTorr，通入TMGa、順3和N 2，二維生長合并納米錐，生長表面平整的P型氮化物。
[0015]進一步地，所述步驟(7)重復步驟(2)~ (6)的周期N次(N彡I )，從而制作三維摻雜的氮化物發光二極管。
【附圖說明】
[0016]圖1為傳統的二維摻雜的氮化物發光二極管的結構示意圖。
[0017]圖2為本發明實施例1的三維摻雜的氮化物發光二極管的結構示意圖。
[0018]圖3為本發明實施例2的三維摻雜的氮化物發光二極管的制作方法示意圖。
[0019]圖4~圖9為本發明實施例2的三維摻雜的氮化物發光二極管的制作流程示意圖。
[0020]圖示說明=100,200:襯底；101，201:緩沖層；102，202:N型氮化物；103，203:多量子阱；104，204:電子阻擋層；105:二維摻雜的P型氮化物；105d:Mg摻雜；205:三維摻雜的P型氮化物；205a:A1納米顆粒的籽晶；205b:三維的氮化物納米錐；205c:納米凹坑；205d:Mg摻雜。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
本實施例提出的三維摻雜的氮化物發光二極管結構，如圖2所示，從下至上依次包括:襯底200、緩沖層201、N型氮化物202、多量子阱203、電子阻擋層204以及三維摻雜的P型氮化物205。
[0022]具體來說，襯底200可以選擇藍寶石或碳化硅或硅或氮化鎵或氮化鋁或氧化鋅等適合外延生長的襯底，本實施例優選藍寶石。
[0023]其中P型氮化物采用三維摻雜，通過先外延生長尺寸為10nm~1000nm的三維的氮化物納米錐205b，并將其側壁蝕刻成尺寸為5nm~500nm的半球狀納米凹坑205c，然后對側壁進行高濃度的Mg摻雜205d，增大Mg摻雜的界面面積和摻雜效率，再進行二維生長使三維納米錐合并，重復性地周期生長P型氮化物，形成周期性的三維納米Mg摻雜界面。相比于傳統的二維摻雜，采用三維納米可有效提升Mg的摻雜和離化效率，提升發光二極管的發光效率和強度。
[0024]實施例2
本實施例所提出的三維摻雜的氮化物發光二極管的制作方法，包含以下工藝步驟:
(I)采用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)在襯底上依次外延生長緩沖層、N型氮化物、多量子阱、電子阻擋層的外延