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发光 二极管及其制作方法

阅读：805发布：2024-02-14

专利汇可以提供发光二极管及其制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种发光二极管及其制作方法，其中所述发光二极管包括N型层、发光层、P型层和接触层，在P型层和接触层之间设计插入层，该插入层由掺杂区域间断分布的N+氮化物层、P+氮化物层构成，且N+氮化物层、P+氮化物层中掺杂区域在垂直方向上不完全重合；该插入层中掺杂区域间断分布的N+氮化物层与P+氮化物层形成斜向遂穿结，增强电流扩展，提高LED 亮度及可靠性。，下面是发光二极管及其制作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.发光二极管，包括：N型层、发光层、P型层、接触层及形成于所述P型层与接触层之间的插入层，其特征在于：该插入层由在横向上掺杂区域间断分布的N+氮化物层、P+氮化物层构成，所述N+氮化物层、P+氮化物层在该插入层中形成斜向遂穿结，增强电流扩展。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述插入层中P+氮化物层、N+氮化物层的掺杂区域在所述P型层上的投影不完全重合。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述插入层下至上分别由掺杂区域间断分布的P+氮化物层、N+氮化物层构成。
+ +
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述P 氮化物层与所述N 氮化物层的掺杂区域交错分布。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述P+氮化物层中掺杂区域的掺浓度介于接触层与P型层之间。
+ +
6.根据权利要求1所述的发光二极管外延片结构，其特征在于：所述P氮化物层、N 氮化物层为InxAlyGa（1-x-y）N层（0≤x≤1，0≤y≤1）。
7.发光二极管的制作方法，包括步骤：
1）依次生长N型层，发光层，P型层；
2）在所述P型层上形成插入层，该插入层由掺杂区域间断分布的N+氮化物层、P+氮化物层构成，所述N+氮化物层、P+氮化物层在该插入层中形成斜向遂穿结；
3）在所述插入层上形成接触层。
8.根据权利要求7所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤2）包括：
在所述P型层上生长厚度为A的第一非掺氮化物层；
在所述第一非掺氮化物层中间断性注入Mg原子，形成P+氮化物层；
在所述P+氮化物层上生长厚度为B的第二非掺氮化镓层；
在所述第二非掺氮化物层中间断性注入Si原子，形成N+氮化物层。
9.根据权利要求8所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所形成的Mg掺区域与Si掺区域在所述P型层上的投影不完全重合。
10.根据权利要求8所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：通过调整离子注入深度与光刻胶厚度，实现对第一、第二非掺氮化镓层的有效掺杂，形成掺杂区域间断分布的P+氮化物层、N+氮化物层。
11.根据权利要求8所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述Mg原子和Si原子的注入深度分别介于A 、B 之间。
~ ~
12.根据权利要求7所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：通过调整P+氮化物层与N+氮化物层中掺杂区域重合程度、浓度实现载流子有效的斜向遂穿注入。

说明书全文

发光二极管及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及氮化镓半导体器件领域，尤其涉及一种具有有效电流扩展层的发光二极管及其制作方法。

背景技术

[0002] 发光二极管（英文为Light Emitting Diode，缩写为LED）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光结构，目前氮化镓被视为第三代III-IV族半导体具有较宽带隙、高发光效率、化学性质稳定等特点，但传统外延结构的LED由于P 电极之下的电流拥堵现象造成了LED抗静电能力差、出光效率不均匀等现象。

[0003] 在LED结构设计中，针对发光不均匀，出光效率低及抗静电能力差等给出的解决办法为在接触层之上利用芯片工艺沉积透明的电流扩展层（如ITO），亦或在P型层上插入遂穿结，但上述结构均通过载流子在插入层的接触面、或插入层内部自由分布实现一定程度的电流扩展。

发明内容

[0004] 本发明提供一种发光二极管及其制作方法，本发明实例提供的技术方案如下：一种发光二极管，包括：N型层，发光层，P型层，接触层，以及形成于P型层与接触层之间的插入层。该插入层由掺杂区域间断分布的N+氮化物层、P+氮化物层构成，且N+氮化物层、P+氮化物层中掺杂区域在垂直方向上不完全重合；该插入层中掺杂区域间断分布的N+氮化物层与P+氮化物层形成斜向遂穿结，增强电流扩展，提高LED 亮度及可靠性。

[0005] 前述发光二极管的制作方法，包括步骤：1）依次生长N型层，发光层，P型层；2）在所述P型层上形成插入层，该插入层由掺杂区域间断分布的N+氮化物层、P+氮化物层构成，所述N+氮化物层、P+氮化物层在该插入层中形成斜向遂穿结；3）在所述插入层上形成接触层。

[0006] 所述步骤2）具体为：在所述P型层生长厚度为A的第一非掺氮化物层；利用精准光刻及离子注入技术在第一非掺氮化物层间断性注入Mg原子，形成P+氮化物层；在上述外延结构上生长厚度为B的第二非掺氮化镓层；利用精准光刻及离子注入技术在第二非掺氮化镓层表面间断性注入Si原子，形成N+氮化物层。

[0007] 优选的，所形成的Mg掺区域与Si掺区域在所述P型层上的投影不完全重合。

[0008] 优选的，该插入层中P+氮化物层中掺杂区域的Mg掺浓度介于接触层与P型层之间。

[0009] 优选的，该插入层中P+氮化物层、N+氮化物层为InxAlyGa（1-x-y）N层（0≤x≤1，0≤y≤1）。

[0010] 优选的，所述Mg原子和Si原子的注入深度分别介于 A 、B 之间，优选~ ~A、B。

[0011] 优选的，通过调整P+氮化物层与N+氮化物层中掺杂区域重合程度、浓度实现载流子有效的斜向遂穿注入。

[0012] 本发明至少具有以下有益效果：利用在P型层、接触层之间插入掺杂区域间断分布的P+氮化物层、N+氮化物层，通过调整由下至上间断分布P+氮化物层、N+氮化物层厚度、掺杂区域厚度、密度、垂直于衬底方向上的重合程度，形成与衬底垂直方向具有一定偏角的遂穿结，电子从高掺的接触层注入后，在插入层中特定设计的斜向遂穿结作用下载流子注入方向可实现一定程度的横向平移，从而显著降低载流子聚集效应，增强出光效率，提高LED可靠性。附图说明

[0013] 图1 一种发光二极管外延片结构设计。

[0014] 图中标示：1.衬底，2.缓冲层，3.非掺氮化镓层，4.N型氮化镓层，5.量子阱发光层，6.P型层，7.插入层， 8.接触层，701. P+氮化镓层，702.N+氮化镓层，703. P+掺杂区，704. N+
掺杂区。

具体实施方式

[0015] 为使本发明更易于理解其实质性特点及其所具的实用性，下面便结合附图对本发明若干具体实施例作进一步的详细说明，但需要说明的是以下关于实施例的描述及说明对本发明保护范围不构成任何限制。实施例

[0016] 图1为根据本发明实施的一种发光二极管外延片结构示意图，本实施例中外延层由下至上依次包括：（1）蓝宝石衬底1；（2）低温缓冲层2，可以为氮化镓、氮化铝、或铝镓氮结合，膜厚在10 100μm之间；（3）非掺氮化镓层3，膜厚在300 7000μm之间，优选3500μm；（4）N型~ ~氮化镓层4，厚度大于1μm；（5）量子阱发光层5，以InGaN作为阱层、以GaN或AlGaN或二者组合作为垒层构成，其中垒层厚度在50 150nm之间、阱层厚度在1 20nm之间；（6）P型层6，厚度在~ ~
0.05-1μm之间；（7）插入层7；（8）接触层8，厚度介于0.1nm 20nm。
~

[0017] 所述插入层制备工艺依次为：（1）生长厚度为A的非掺氮化镓层701，其中A在0.1nm200nm之间；（2）利用光刻技术形成离子注入窗口，窗口长度、宽度介于20nm 2000nm之间，~ ~
掩膜层厚度大于A；（3）利用离子注入技术，在701中注入Mg，注入深度介于 A 之间，优~
选 A，浓度介于P型层与接触层Mg掺浓度之间，形成P+掺杂区703（4）去除掩膜层；（5）在701之上生长厚度为B的非掺氮化镓层702，其中B在0.1 200nm之间；（6）利用光刻技术形成离子~
注入窗口，窗口长度、宽度介于20nm 2000nm之间，掩膜层厚度大于B且注入窗口与701中Mg~
掺区域不完全重合；（7）利用离子注入技术，在702中注入Si，注入深度介于 B 之间，优~
选，注入浓度在1 /cm3 1 /cm3之间，形成N+掺杂区704；（8）去除掩膜层。
~

[0018] 在本实施例中外延片在用于制作34×35mil芯片时，由于设计驱动电流200mA，电流密度高，703与704在垂直于衬底方向上不重合，掺杂区域为长方体或圆柱体，优先选择长方体，选择分布密度为5 组/ cm2；在本实施例中外延片在制作10×12mil芯片时，由于设计驱动电流为10 mA，电流密度低，703与704在垂直方向上重合面积介于，优选，掺~杂区域为长方体或圆柱体，优先选择长方体，选择分布密度为2 组/ cm2。

[0019] 最后将所述外延层在450℃、氮气环境中进行热退火处理。

[0020] 作为本发明的一个具体实施例，本发明通过在P型层、接触层之间插入掺杂区域间断分布的P+氮化镓层、N+氮化镓层，在插入层中形成特定设计的斜向遂穿结，在斜向遂穿结作用下载流子注入方向可实现一定程度的横向平移，从而实现LED性能提升。

[0021] 作为本实施例中第一个实施例变形，该插入层中P+氮化镓层、N+氮化镓层可分别替换为InxAlyGa（1-x-y）N层（0≤x≤1，0≤y≤1），通过Al组分及In组分的引入将平滑的势垒形态变成具有一定的坡度，从而增强载流子的斜向注入强度，在本实施例中优先选择x=0.1，y=0.25。

[0022] 作为本实施例的第二个实施例变形，在插入层与P型层之间插入P型铝镓氮与氮化镓形成的超晶格结构，超晶格厚度介于1nm 200nm，对数介于10 100之间，优先选择100nm、~ ~50对；该超晶格结构将插入层进行了定向位移的载流子通过异质结界面二次扩展，进一步增强电流扩展性能。

[0023] 以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、润饰和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进均视为在本发明的保护范围之内。

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