发光二极管结构、电子设备及发光二极管结构的制作方法

摘要

本申请实施例提供一种发光二极管结构、电子设备及发光二极管结构的制作方法，包括：层叠设置的第一类型半导体层、多量子阱有源层、电子阻挡层、第二类型半导体层，以及与第一类型半导体层电连接的第一类型电极和与第二类型半导体层电连接的第二类型电极，其中，第一类型半导体层及第二类型半导体层一者为包括氢化非晶氮化硅的P型半导体层，另一者为N型半导体层。本申请采用P型氢化非晶氧化硅半导体层替代传统的P型氮化镓铝层，由于p型氢化非晶氧化硅材料不存在极化效应，且具有较低的势垒，因此更容易实现高空穴掺杂浓度，进而能够有效提高紫外发光二极管器件的空穴注入效率和发光效率。

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种发光二极管结构、电子设备及发光二极管结构的制作方法。

背景技术

紫外发光二极管(Ultraviolet Light Emitting Diode，UVLED)光源产业是一个新兴的高科技产业，广泛应用在杀菌、空气净化、分析检测、紫外光疗等领域。但P型氮化镓铝(AlGaN)材料的低迁移率和低空穴浓度已成为制约紫外发光二极管发展的瓶颈，这是由于氮化镓铝(AlGaN)材料作为P型半导体层，因其较高的镁(Mg)受主杂质激活能导致镁(Mg)掺杂浓度极低，造成P型氮化镓铝(AlGaN)层低空穴浓度和低导电率，进而造成紫外发光二极管的空穴注入困难的问题，影响紫外发光二极管的发光效率。

因此，亟需一种新的发光二极管结构、电子设备及发光二极管结构的制作方法。

发明内容

本申请实施例提供一种发光二极管结构、电子设备及制作方法，旨在能够提高发光二极管的出光效率。

本申请实施例一方面提供了一种发光二极管结构，包括：层叠设置的第一类型半导体层、多量子阱有源层、电子阻挡层、第二类型半导体层，以及与第一类型半导体层电连接的第一类型电极和与第二类型半导体层电连接的第二类型电极，其中，第一类型半导体层及第二类型半导体层一者为包括氢化非晶氮化硅的P型半导体层，另一者为N型半导体层。

根据本申请的一个方面，P型半导体层是于非晶氮化硅半导体层中重掺杂氢元素形成。

根据本申请的一个方面，P型半导体层的厚度是20nm～100nm，包括端点值。

根据本申请的一个方面，电子阻挡层包括本征Al

所述多量子阱有源层包括交替设置的多个Al

另一个方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括上述的发光二极管结构；

发光二极管结构为紫外光发光二极管；

发光二极管结构为垂直结构型发光二极管或者水平结构型发光二极管。

又一个方面，本申请实施例还提供了上述发光二极管结构的制作方法，包括：

提供基底(70)，在所述基底(70)上依次形成第一类型半导体层(10)、多量子阱有源层(20)、电子阻挡层(30)及第二类型半导体层(40)，所述第一类型半导体层(10)及所述第二类型半导体层(40)一者为包括氢化非晶氮化硅的P型半导体层，另一者为N型半导体层；

形成第一类型电极(50)与所述第一类型半导体层(10)电连接，形成第二类型电极(60)与所述第二类型半导体层(40)。

根据本申请的又一个方面，在基底上依次形成第一类型半导体层、多量子阱有源层、电子阻挡层及第二类型半导体层的步骤中，电子阻挡层包括本征AlzGaN或AlzN；多量子阱有源层包括交替设置的多个Al

根据本申请的又一个方面，P型半导体层是于非晶氮化硅半导体层中重掺杂氢元素形成。

根据本申请的又一个方面，P型半导体层采用低压力化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法制成。

根据本申请的又一个方面，P型半导体层的生长温度介于120℃～350℃之间。

本发明提供的紫外发光二极管结构，包括第一类型半导体层、有源层、电子阻挡层、第二类型半导体层，本发明采用P型氢化非晶氧化硅(α-SiN

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1是本申请实施例提供的一种发光二极管结构的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的另一种发光二极管结构的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的又一种发光二极管结构的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的再一种发光二极管结构的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的发光二极管制作方法的流程图。

附图标记说明：10、第一类型半导体层；20、多量子阱有源层；30、电子阻挡层；40、第二类型半导体层；50、第一类型电极；60、第二类型电极；70、基底；80、缓冲层。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的实施例的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

紫外发光二极管一般指发光中心波长在400纳米以下的发光二极管，但有时将发光波长大于380纳米时称为近紫外发光二极管，而短于300纳米时称为深紫外发光二极管。因短波长光线的杀菌效果高，因此紫外发光二极管常用于冰箱和家电等的杀菌及除臭等用途。

氮化镓铝材料作为P型半导体层，因其较高的镁受主杂质激活能导致镁掺杂浓度极低，造成P型氮化镓铝层低空穴浓度和低导电率，进而造成紫外发光二极管的空穴注入困难的问题，影响紫外发光二极管的发光效率。

基于此，本申请实施例提供了一种紫外发光二极管结构，有效解决上述技术问题，提高了紫外发光二极管芯片的出光效率，提高了发光二极管芯片的可靠性。具体结合附图对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。

请参阅图1，为本申请实施例提供的一种紫外发光二极管结构的结构示意图，其中，发光二极管结构包括层叠设置的第一类型半导体层10、多量子阱有源层20、电子阻挡层30、第二类型半导体层40，以及与第一类型半导体层10电连接的第一类型电极50和与第二类型半导体层40电连接的第二类型电极60。其中，第一类型半导体层10及第二类型半导体层40一者为包括氢化非晶氮化硅的P型半导体层，另一者为N型半导体层。

本申请实施例提供的发光二极管结构，采用P型氢化非晶氧化硅半导体层替代传统的P型氮化镓铝半导体层，由于P型氢化非晶氧化硅材料不存在极化效应，且具有较低的势垒，因此更容易实现高空穴掺杂浓度，进而能够有效提高紫外发光二极管器件的空穴注入效率和发光效率。

请一并参阅图2和图3，可以理解的是，本申请实施例提供的发光二极管结构，当第一类型半导体层10为包括氢化非晶氮化硅的P型半导体层，那么，第二类型半导体层40为N型半导体层，当第一类型半导体层10为N型半导体层，那么，第二类型半导体层40为包括氢化非晶氮化硅的P型半导体层，也就是说，本申请实施例提供的发光二极管结构可以是垂直结构的发光二极管结构，也可以是水平结构的发光二极管结构，当本申请实施例提供的发光二极管结构为垂直结构的发光二极管结构，第一类型半导体层10为包括氢化非晶氮化硅的P型半导体层，与第一类型半导体层10电连接的第一类型电极50为P型电极，第二类型半导体层40为N型半导体层，与第二类型半导体层40电连接的第二类型电极60为N型电极；当本申请实施例提供的发光二极管结构为水平结构的发光二极管结构，第一类型半导体层10为N型半导体层，与第一类型半导体层10电连接的第一类型电极50为N型电极，第二类型半导体层40为包括氢化非晶氮化硅的P型半导体层，与第二类型半导体层40电连接的第二类型电极为P型电极。

需要说明的是，由于本申请实施例提供的发光二极管结构采用P型氢化非晶氧化硅半导体层替代传统的P型氮化镓铝半导体层，而P型氢化非晶氧化硅材料更容易与金属材料实现良好的欧姆接触，因此，与P型半导体层电连接的P型电极可选择的电极金属材料更多，可以为铬(Cr)、铂(Pt)、金(Au)、钛铝合金(Ti-Al)或钛金合金(Ti-Au)，也可以为其他金属材料。

请参阅图2，还需要说明的是，当本申请实施例提供的发光二极管结构为水平结构的发光二极管结构时，该发光二极管结构还包括衬底，该衬底用于生长第一类型半导体层10、多量子阱有源层20、电子阻挡层30、第二类型半导体层40等外延结构，该衬底的材料可以为蓝宝石(PSS)、碳化硅(SiC)或硅(Si)，也可以为其他半导体材料，具体的，在本实施例中，该衬底为紫外光线透过率高的蓝宝石衬底。

可选的，P型半导体层是于非晶氮化硅半导体层中重掺杂氢元素形成，通过增加非晶氮化硅半导体层掺入杂质的浓度的方式，可以提高空穴的浓度，增加P型半导体层的导电性能，进而提高发光二极管的出光强度及发光效率，并且，从制造工艺的角度考虑，重掺杂的P型非晶氮化硅半导体层仅需要低温条件下，采用低压力化学气相沉积法(Low PressureChemical Vapor Deposition，LPCVD)或等离子体增强化学气相沉积法(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，PECVD)即可制成，而传统的P型氮化镓铝半导体层在制造过程中需要进行退火激活处理，因此，采用重掺杂的P型非晶氮化硅半导体层的工艺成本及生产步骤更加简单，具体的，本申请实施例中非晶氮化硅半导体层的掺杂浓度为3×10

在一些可选的实施例中，P型半导体层的厚度是20nm～100nm，包括端点值，在P型半导体层实现重掺杂之后，可适当减薄P型半导体层，进而降低生产成本。

在一些可选的实施例中，电子阻挡层30包括本征AlzGaN或AlzN，多量子阱有源层20包括交替设置的多个Al

本申请实施例还提供了一种电子设备，包括上述发光二极管结构；发光二极管结构为紫外光发光二极管；发光二极管结构为垂直结构型发光二极管或者水平结构型发光二极管。

请参阅图5，本申请实施例又提供了一种发光二极管结构的制作方法，包括：

S01：提供基底70；

该基底70的材料可以为铬(Cr)、镍(Ni)、钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、铜(Cu)、金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、铝(Al)、金银合金(Au-Ag)、金铝合金(Au-Al)或银铝合金(Ag-Al)等金属，也可以为蓝宝石、碳化硅或硅等半导体，而基底70的具体材质需要根据制作的发光二极管结构是垂直结构的发光二极管，还是水平结构的发光二极管而具体确定。

S02：在所述基底70上依次形成第一类型半导体层10、多量子阱有源层20、电子阻挡层30及第二类型半导体层40，所述第一类型半导体层10及所述第二类型半导体层40一者为包括氢化非晶氮化硅的P型半导体层，另一者为N型半导体层。

作为一个具体的示例，先在基底70上形成第一类型半导体层10，该基底70为蓝宝石基底，第一类型半导体层10为N型半导体层，然后在第一类型半导体层10的表面形成多量子阱有源层20，再在多量子阱有源层20的表面形成电子阻挡层30，上述外延结构的制作采用的工艺是金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，最后在电子阻挡层30的表面形成第二类型半导体层40，第二类型半导体层40为P型半导体层，采用的工艺是低压力化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法，生长温度介于120℃～350℃之间。

作为另一个具体的示例，先在基底70上形成第一类型半导体层10，该基底70为金属基底，第一类型半导体层10为P型半导体层，采用的工艺是低压力化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法，生长温度介于120℃～350℃之间；然后在第一类型半导体层10的表面形成多量子阱有源层20，再在多量子阱有源层20的表面形成电子阻挡层30，上述外延结构的制作采用的工艺是金属有机化合物化学气相沉淀，最后在电子阻挡层30的表面形成第二类型半导体层40，第二类型半导体层40为N型半导体层。

S03：形成第一类型电极50与所述第一类型半导体层10电连接，形成第二类型电极60与所述第二类型半导体层40；

可选的，可以采用溅射或刻蚀工艺制作第一类型电极50及第二类型电极60。

需要说明的是，第一类型电极50和第二类型电极60的类型可以根据第一类型半导体层10及第二类型半导体层20的材质而具体确定，以第一类型电极50为例，第一类型半导体层10为N型半导体层，则第一类型电极50为N型电极，而第一类型半导体层10为P型半导体层，则第一类型电极50为P型电极，当为P型电极时，可选用的电极材料可以为铬、铂、金、钛铝合金或钛金合金，也可以为其他金属材料。

请参阅图4，可选的，在S01步骤之后、S02步骤之前，还可以在基底上形成缓冲层80，缓冲层80有利于截流子的传输，进一步提高发光二极管的出光效率。

在一些可选的实施例中，在S02步骤中，电子阻挡层30包括本征Al

为了提高P型半导体层的空穴的浓度，增加P型半导体层的导电性能，在一些可选的实施例中，P型半导体层是于非晶氮化硅半导体层中重掺杂氢元素形成。

需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间唯一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。

在本申请中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。