一種發光二極管元件及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體制造技術領域，特別涉及一種發光二極管元件及其制備方法。
【背景技術】
[0002]發光二極管(LED)具有效率高、壽命長、體積小、功耗低等優點，可以用于室內外照明、屏幕顯示、背光源等，在該產業的發展中，GaN材料是V-1II族化合物半導體的典型代表，那么如何提高GaN基發光二極管的光電性能成為半導體照明產業的關鍵技術。
[0003]傳統的GaN基外延結構，通常在N型層與發光層之間或P型層與發光層之間增加非摻雜層或摻雜濃度低于IX 1017cm—3的摻雜層，用以均勻電流密度，改善電流分布狀況。然而，此非摻雜層或摻雜濃度低于IX 1017cm—3的摻雜層造成外延結構中出現非期望的n-p-n或p-n-p結，具有該現象的發光二極管元件在使用過程中，特別是在低電流條件下使用時出現電壓回轉現象。而后將具有此現象的發光二極管與正常發光二極管串聯應用于照明領域時，在電流逐漸加大供電時，具有此現象的發光二極管較正常發光二極管出現延遲亮燈的狀況，而在電流逐漸減小斷電時，則出現延遲滅燈的狀況，從而造成同一模塊或矩陣的半導體元件出現非預期的延遲開啟或熄滅效果。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明提出了一種發光二極管元件及其制備方法，通過在發光層兩側或其中一側插入一阻隔層，所述阻隔層的摻雜類型與相鄰的N型半導體層或P型半導體層摻雜類型相同，以此避免發光二極管元件內部形成微型n-p-n結或p-n-p結，防止發光二極管元件在工作中出現電壓回轉現象造成的開/關延遲效應。
[0005]本發明提供的技術方案為:一種發光二極管元件包括襯底、N型半導體層、發光層和P型半導體層，其中，所述發光層的一側或者兩側具有一避免發光二極管元件內部形成微型n-p-n結或p-n-p結的阻隔層，所述阻隔層摻雜類型與相鄰的N型半導體層或P型半導體層相同；即，當所述阻隔層與所述N型半導體層相鄰時，所述摻雜雜質為S1、Sn、S、Se、Te中的其中一種；當所述阻隔層與所述P型半導體層相鄰時，所述摻雜雜質為Be、Mg、Zn、Cd、C中的其中一種。所述阻隔層由濃度為1 X 1017?5 X 1017cm—3的低摻雜層和濃度大于5 X 1017cm—3的高摻雜層依次交替堆疊而成;所述阻隔層用于防止發光二極管元件在工作中出現電壓回轉現象造成的開/關延遲效應。
[0006]優選的，所述低摻雜層的雜質濃度低于相鄰的所述N型半導體層或P型半導體層。
[0007]優選的，所述低摻雜層與高摻雜層厚度比例為2:1-100:1。
[0008]優選的，所述高摻雜層的摻雜濃度為5X1018?5X 102Qcnf3。
[0009]優選的，所述低摻雜層的厚度為20?500nm。
[0010]本發明結構中，利用濃度為1X 1017?5 X 1017cm—3的低摻雜層與濃度為5 X 1018?5 X102<3cm—3的高摻雜層交替堆疊形成阻隔層替代常規結構中非摻雜或濃度低于1 X 1017cm—3的低摻雜插入層，避免此現象的產生。因為當阻隔層中故意摻雜有高于發光二極管元件生長時的背景雜質濃度，且與相鄰半導體層摻雜類型相同，避免在發光二極管元件內部形成微型n-p-n結或p-n-p結。且本發明中阻隔層為低摻雜層與高摻雜層交替堆疊，相較于現有技術中非摻雜層/摻雜層堆疊或Delta摻雜層/連續摻雜層堆疊，本發明的阻隔層內部及該阻隔層與相鄰半導體層之間均不會形成微型n-p-n結；且同時提高均勻電流密度的作用。因此，本發明結構在不影響電流分布效果的前提下，避免發光二極管元件結構中出現的n-p-n結，避免發光二極管元件在工作中出現電壓回轉現象，提升發光二極管的性能一致性。
[0011 ]同時，本發明提出一種發光二極管元件的制備方法，所述方法包括:
提供一襯底；
在所述襯底上沉積N型半導體層；
在所述N型半導體層上沉積發光層和P型半導體層；
其中，所述發光層的一側或者兩側具有一避免發光二極管元件內部形成微型n-p-n結或p-n-p結的阻隔層，所述阻隔層摻雜類型與相鄰的N型半導體層或P型半導體層相同，所述阻隔層由濃度為1 X 1017?5X 1017cm—3的低摻雜層和濃度大于5X 1017cm—3的高摻雜層依次交替堆疊而成;所述阻隔層用于防止發光二極管元件在工作中出現電壓回轉現象造成的開/關延遲效應。
[0012]優選的，所述低摻雜層的雜質濃度低于相鄰的所述N型半導體層或P型半導體層。
[0013]優選的，所述高摻雜層的摻雜濃度為5X1018?5X102Qcm—3。
[0014]優選的，所述阻隔層的沉積溫度為700?1100°C。
[0015]優選的，所述阻隔層的沉積壓力為20?200tOrr。
[0〇16]優選的，所述低摻雜層的厚度為20nm?500nm。
[0017]優選的，所述低摻雜層與高摻雜層厚度比例為2:1?100:1。
[0018]本發明至少具有以下有益效果:本發明在發光層兩側或其中一側插入一阻隔層，所述阻隔層由低濃度摻雜層、高濃度摻雜層依次堆疊組成，其可以很好地避免發光二極管元件內部出現的微型n-p-n結或p-n-p結，避免發光二極管元件在工作中出現電壓回轉現象，以及在應用過程中因電流逐漸加大供電導致的延遲亮燈的狀況，或在電流逐漸減小關電時出現的延遲滅燈狀況，從而降低同一模塊或矩陣的半導體元件出現非預期的延遲開啟或熄滅狀況的發生，提升各發光二極管的性能一致性。同時試驗結果證明，本發明中阻隔層的低濃度范圍為IX 1017?5 X1017cm—3時，對于電流密度的均勻效果與非摻雜層相比亦無明顯差異，且也使發光二極管元件的電壓有所降低。
【附圖說明】
[0019]附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。此外，附圖數據是描述概要，不是按比例繪制。
[0020]圖1為本發明實施例1之發光二極管結構示意圖。
[0021 ]圖2為本發明實施例2之發光二極管結構示意圖。
[0022]圖3為本發明實施例3之發光二極管結構示意圖。
[0023]圖中:10.襯底;20.N型半導體層;30.發光層;40.P型半導體層;50、50’.阻隔層;51、51’.低摻雜層;52、52’.高摻雜層。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0025]實施例1
參看附圖1，本發明提供一種發光二極管元件，該元件包括襯底10、N型半導體層20、發光層30和P型半導體層40，其中，所述發光層30與N型層20之間具有一避免發光二極管元件內部形成微型n-p-n結的阻隔層50，所述阻隔層50摻雜類型與相鄰的N型半導體層相同，為S1、Sn、S、Se、Te的其中一種;所述阻隔層50由摻雜濃度為1X1017?5X1017cm—3的低摻雜層51和濃度大于5 X 1017cm—3的高摻雜層52依次交替堆疊而成，高摻雜層的濃度優選5 X 1018?5 X102Qcm—3，堆疊次數為1?500，。且為了不影響阻隔層50對電流密度的均勻效果，本發明中低摻雜層51的摻雜濃度低于相鄰的N型半導體層或P型半導體層，此實施例中，低摻雜層51摻雜濃度低于N型半導體層20摻雜濃度。低摻雜層51的厚度為20?500nm，低摻雜層51與高摻雜層52的厚度比例為2:1-100:1。所述阻隔層防止發光二極管元件在工作中出現電壓回轉現象造成的開/關延遲效應。
[0026]本發明同時提供一種發光二極管元件的制備方法，具體包括:提供一襯底10，襯底10為藍寶石、碳化硅、硅、氮化鎵等材料，本實施例優選藍寶石;在襯底10上沉積N型半導體層20，N型半導體層20為單層結構或摻雜濃度不同的多層結構；隨后調節反應腔室溫度低于N型半導體層20的沉積溫度，即溫度為700?1100°C，壓力20?200torr，繼續沉積阻隔層50，所述阻隔層50由摻雜濃度為1 X 1017-5 X 1017cm—3的低摻雜層51和濃度大于5 X 1017cm—3的高摻雜層52依次交替堆疊而成，高摻雜層52的濃度優選5 X 1018?5 X 10'm—3，依次堆疊1?500次，其中低摻雜51層厚度為20?500nm，低摻雜層51與高摻雜層52厚度比例為2:1?100:1。本實施例中，低摻雜層51與高摻雜層52的摻雜類型與N型半導體層20相同，為S1、Sn、S、Se、Te中的其中一種；再于阻隔層50上繼續沉積發光層30和P型半導體層40，形成發光二極管元