[发明专利]氮化物发光二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化物发光二极管及其制作方法，更具体的是一种具电流注入调制层 (current modulation layer) 氮化物发光二极管之外延结构设计。

背景技术

在现有氮化镓发光二极管中，P侧电流由P型电极经由透明传导层 (transparent conductive layer) 注入P型传导层乃至进入有源区 (active layer)，然而由于P型传导层中电洞浓度 (hole concentration) 通常不高（介于10¹⁶~10¹⁷cm^-3），且其迁移率 (hole mobility) 也多在10cm²/Vs以下，如此，造成电流在P型传导层的分布不易均匀，往往会发生电流拥挤的现象 (current crowding)，容易有多余的热在此处产生，最终影响发光效率。此外，因为电极下方的高电流密度，其光强度相对高，然而其所发出的光，容易被电极遮蔽或反射进来而被材料所吸收，造成光输出功率的损失。

另一方面，N型传导层虽然不具P型传导层那样严苛之电传导特性，在相对均匀之电流分布注入有源区的情况下，仍是可以得到较佳之发光效率。

发明内容

本发明提供了一种具电流注入调制层 (current modulation layer) 的发光二极管之外延结构设计，具体的说是关于导入一种高阻值 (high resistivity) 的材料以改变注入电流传导路径，进而增加发光效率。其主要的结构实施为分别在N型传导层或P型传导层中成长高阻值材料（如In_xAl_yGa_1-x-yN），借由高温H₂在反应炉内蚀刻（In Situ Etching）直至露出部分电流传导路径，再分别成长N型或P型传导层于以覆盖而得。

根据本发明的第一个方面，氮化物发光二极管，包含N型传导层，P型传导层，在N型传导层和P型传导层之间具有发光层；至少在N型传导层或P型传导层内包含一层电流注入调制层，其由具有开孔结构的氮化物绝缘材料层构成，所述开孔结构通过在外延生长的反应炉内通入H₂蚀刻而成，用于电流传导。

优先地，所述电流注入调制层的材料可以为未掺杂的In_xAl_yGa_1-x-yN，其中0≦x≦0.1，0≦y≦1， 0≦x+y≦1 ，厚度可以取50nm ~ 200nm，借由高温H₂在反应炉内蚀刻（In Situ Etching）形成随机离散分布的开口结构，其分布密度为1x10⁴ ~ 1x10⁸ cm^-2，开孔结构的直径 d为50nm ~ 200nm。

根据本发明的第二个方面，氮化物发光二极管的制作方法，通过外延生长方法沉积N型传导层，发光层和P型传导层，其特征在于：至少在N型传导层或P型传导层内形成一层电流注入调制层，其由具有开孔结构的氮化物绝缘材料层构成，所述开孔通过在外延生长的反应炉内通入H₂蚀刻而成，用于传导电流。

优先地，所述电流注入调制层的材料为未掺杂的In_xAl_yGa_1-x-yN（0≦x≦0.1，0≦y≦1，0≦x+y≦1），通过下面方法形成于N型传导层（或P型传导层）内：首先外延生长N型传导层（或P型传导层）；接着在N型传导层（或P型传导层）上沉积氮化物绝缘材料层；然后在外延生长的反应炉内通入H₂蚀刻所述氮化物绝缘材料层直至露出部分N型传导层（或P型传导层）形成开口结构，用于电流传导；最后继续外延生长N型传导层（或P型传导层），从而在N型传导层（或P型传导层）内形成电流注入调制层。其中，所述H₂气氛的浓度可取H₂/NH₃ = 2.5~10，蚀刻的温度为900℃~1200 ℃。

本发明采用在外延生长过程中，直接在生长环境中采用H₂高温蚀刻氮化物高阻绝缘材料形成电流传导路径，无需二次外延即可形成电流注入调制层之方法，此法使得注入电流在N型传导层与P型传导层具一更佳之扩展路径，更有效均匀扩散注入有源区层，进而增加发光效率。