具有p-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明的技術方案涉及以電極為特征的至少有一個電位躍變勢皇或表面勢皇的專門適用于光發射的半導體器件，具體地說是具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構。
【背景技術】
[0002]由于發光二極管具有節能環保，可靈巧設計，長壽命等優勢，近年來得到迅速發展。尤其是II1-V族氮化物的半導體LED技術在藍光領域的成功，直接推動了 LED照明進入千家萬戶。目前，氮化物LED正在朝著更短波長(紫外，深紫外)和更長波長(綠，黃)發展。LED的歐姆接觸特性直接影響到整個器件的效率和可靠性。而氮化物P-型半導體中受主雜質鎂的激活能高，其激活效率不到I %，低的空穴濃度使其很難形成P-型歐姆接觸。對于氮化鎵，為了形成歐姆接觸，常用的手段是重摻雜，但是其會影響晶格質量，增加光的吸收。另外一種方法是在氮化鎵表面生長一層非摻雜的InGaN，利用[0001 ]方向p-GaN/InGaN異質結界面處的極化場效應，引起能帶偏移實現歐姆接觸。這種利用極化場效應作用，提高InGaN中鎂的激活效率，提高空穴濃度的方法，避免了重摻雜，并能實現良好的歐姆接觸，但是該方法只能在很薄的InGaN中實現，很難獲得大體積范圍內的空穴濃度的提高，而薄的InGaN的窄的禁帶寬度還限制了其在深紫外波段的應用。因此現有技術的深紫外LED中利用了厚的氮化鎵作用空穴提供層，這極大的限制了深紫外LED中的發光效率。總之，現有技術存在的寬禁氮化物半導體難于形成P型歐姆接觸和空穴供應困難的缺陷。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是:提供具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構，是在LED外延結構的P-型傳輸層表面生長一層組份漸變的半導體材料即P-型歐姆接觸層，沿著生長方向其晶格常數逐漸增加，并且禁帶寬度逐漸減小，從而在整個組份漸變層中產生壓縮應力，通過壓電極化效應利用極化效應產生極化負電荷，從而吸引空穴，產生三維空穴氣，增加空穴濃度，減小表面耗盡區的寬度，形成了良好的歐姆接觸，改善了 LED外延結構的P-型歐姆接觸特性，克服了現有技術存在的寬禁氮化物半導體難于形成P型歐姆接觸和空穴供應困難的缺陷，提高了LED的發光效率。
[0004]本發明解決該技術問題所采用的技術方案是:具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構，該結構從下至上順序包括襯底、緩沖層、N-型半導體材料層、多量子阱層、P-型電子阻擋層、P-型半導體材料傳輸層和P-型歐姆接觸層，其中，P-型歐姆接觸層的組成為AlxInyGa1-x—yN，其中O <X<l，0^y<l，0< l_x_y，并且組分量是漸變的，沿著生長方向其晶格常數逐漸增加，并且禁帶寬度逐漸減小。
[0005]上述具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構，所述襯底優選為藍寶石、S1、SiC、AlN、石英玻璃或GaN。
[0006]上述具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構，所述緩沖層的材質為AlxiIny iGai—xi—yiN，式中，O Sxl < l,0<yl < I，0 < 1-xl+yl，厚度為 10 ?50nm。
[0007]上述具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構，所述N-型半導體材料層的材質SAlxiInyiGal—xi—yiN，S*，0《xl < l,0<yl < I，0 < 1-xl-yl，厚度為 2 ?8μπι。
[0008]上述具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構，所述P-型電子阻擋層的材質為AlxiIny iGai—xi—yiN，式中，O Sxl < l,0<yl < I，0 < 1-xl-yl，厚度為 10 ?lOOnm。
[0009]上述具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構，所述P型半導體材料傳輸層的材質為 AlxiInyiGai—xi—yiN，式中，0<xl < l,0<yl < I，0 < 1-xl-yl，厚度為 100 ?500nmo
[0010]上述具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構，所述P-型歐姆接觸層的組成為AlxInyGa1-x-yN，其組分量是線性漸變的。
[0011]上述具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構，所述P-型歐姆接觸層的組成為AlxInyGa1-x-yN，其組分量是非線性漸變的。
[0012]上述具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構，所述P-型歐姆接觸層的厚度為1nm?200nmo
[0013]上述具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構，其制備方法如下:
[0014]第一步，在MOCVD(即金屬有機化合物化學氣相沉淀)反應爐中，將襯底在1200°C進行烘烤，處理掉襯底表面異物；
[0015]第二步，在MOCVD反應爐中，在第一步處理后的襯底表面沉積厚度為25nm的緩沖層；
[0016]第三步，在MOCVD反應爐中，在第二步得到的緩沖層上沉積厚度為2?8μπι的N-型半導體材料層；
[0017]第四步，在MOCVD反應爐中，在第三步得到的N-型半導體材料層上生長多量子阱層；
[0018]第五步，在MOCVD反應爐中，在第四步得到的多量子阱層上生長厚度為50nm的禁帶寬度大于量子皇的禁帶寬度的P-型電子阻擋層，和厚度為1nm?500nm的P-型半導體材料傳輸層；
[0019]第六步，在MOCVD反應爐中，在第五步得到的P-型半導體材料傳輸層上生長厚度為1nm?200nm組分量漸變的P-型歐姆接觸層，該P-型歐姆接觸層的組成為AlxInyGai—x—yN，其中0<x<l，0<y<l，0< l_x_y。
[0020]上述具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構，所涉及的原材料均可通過公知途徑獲得，其制備方法中的操作工藝是本技術領域的技術人員能夠掌握的。
[0021]本發明的有益效果是:與現有技術相比，本發明具有如下的突出的實質性特點和顯著進步:
[0022](I)現有的常規的發光二極管外延結構，如圖3所示，該結構依次包括襯底101、緩沖層102、N-型半導體材料層103、多量子阱層104、P-型電子阻擋層105和P-型半導體材料傳輸層106(劉如熹主編，白光發光二極管制備技術:由芯片至封裝，化學工業出版，2015年I月出版;郭偉玲主編，LED器件與工藝技術，電子工業出版社出版，2015年9月出版)。現有的技術中存在由于寬禁帶半導體氮化物的P型摻雜困難，P型雜質難于激活，所以缺乏足夠的空穴注入到量子阱且難于形成良好的P型歐姆接觸。本發明與現有的常規的發光二極管外延結構的實質性區別如圖2所示，在P-型半導體材料傳輸層106上面增加了一層組成為AlxInyGa1IyN^mo <x<l，0<y<l，0< l_x_y，并且組分量是漸變的P_型歐姆接觸層107。該層的化合物通過組分的調制，其晶格常數沿著C+方向逐漸增加，其禁帶寬度沿著C+方向逐漸降低，其變化可以是線性降低也可以非線性降低。
[0023](2)本發明提出的方案是在LED外延結構的P-型半導體材料傳輸層106表面生長一層組份漸變的半導體材料，即P-型歐姆接觸層107，通過調制該層的化合物組分，使沿著生長方向其晶格常數逐漸增加，并且禁帶寬度逐漸減小。從而在整個組份漸變層中產生壓縮應力，通過壓電極化效應利用極化效應產生極化負電荷，從而吸引空穴，產生三維空穴氣，增加空穴濃度，減小表面耗盡區的寬度，這樣不僅形成了良好的歐姆接觸，改善了 LED外延結構的P-型歐姆接觸特性，而且整個P-型層(包括P-型電子阻擋層、P-型半導體材料傳輸層和P-型歐姆接觸層)可以減少摻雜和厚度，克服了現有技術存在的寬禁氮化物半導體難于形成P型歐姆接觸和空穴供應困難的缺陷，提高了 LED的發光效率，從而節約生產成本。
【附圖說明】
[0024]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0025]圖1為本發明具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構中的空穴傳輸層的能帶結構示意圖。
[0026]圖2為本發明具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構構成示意圖。
[0027]圖3為現有技術的發光二極管外延結構構成示意圖。
[0028]圖中，101.襯底，102.緩沖層，103.N-型半導體材料層，104.多量子阱層，105.P-型電子阻擋層，106.P-型半導體材料傳輸層，107.P-型歐姆接觸層。
【具體實施方式】
[0029]圖1所示實施例表明，本發明具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構中的空穴傳輸層的能帶按
[0001]生長方向依次包括P-型電子阻擋層105的能帶、P-型半導體材料傳輸層106的能帶和P-型歐姆接觸層107的能帶。圖1中可見P-型歐姆接觸層107的能帶的禁帶寬度是沿
[0001]生長方向即沿著C+方向遞減的，而禁帶寬度漸變是由于組分量漸變所引起的，這也反過來證明了本發明具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構中的P-型歐姆接觸層107的組分量是漸變的。
[0030]圖2所示實施例表明，本發明具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構構成從下至上順序依次包括襯底101、緩沖層102、N-型半導體材料層103、多量子阱層104、P-型電子阻擋層105、P-型半導體材料傳輸層106和P-型歐姆接觸層107。圖2中繪制的P-型歐姆接觸層107的線形表示P-型歐姆接觸層107的組分量是漸變的。
[0031]圖3所示實施例表明，現有技術(劉如熹主編，白光發光二極管制備技術:由芯片至封裝，化學工業出版，2015年I月出版;郭偉玲主編，LED器件與工藝技術，電子工業出版社出版，2015年9月出版)的發光二極管外延結構構成從下至上順序依次包括襯底101、緩沖層102、N-型半導體材料層103、多量子阱層104、P-型電子阻擋層105和P-型半導體材料傳輸層106。
[0032]實施例1
[0033]本實施例的具有P-型歐姆接觸層的發光二極管外延結構，該結構從下至上順序包括藍寶石襯底101、厚度為25nm的AlN材質的緩沖層102、厚度為4μπι的AlN材質的N-型半導體材料層103、量子皇AlN厚度為1nm的量子阱AlQ.8GaQ.2N厚度為5nm的AlQ.8GaQ.2N/AlN材質的多量子阱層104、厚度為50nm的AlN材質的P-型電子阻