[发明专利]一种具有P型AlInGaN接触层的LED及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有P型AlInGaN接触层的LED及其制备方法，属于光电子技术领域。

背景技术

二十世纪九十年代初，以氮化物为代表的第三代宽带隙半导体材料获得了历史性突破，科研人员在氮化镓材料上成功地制备出蓝绿光和紫外光LED，使得LED照明成为可能。1971年，第一只氮化镓LED管芯面世，1994年，氮化镓HEMT出现了高电子迁移率的蓝光GaN基二极管，氮化镓半导体材料发展十分迅速。

半导体发光二极管具有体积小、坚固耐用、发光波段可控性强、光效高、低热损耗、光衰小、节能、环保等优点，在全色显示、背光源、信号灯、光电计算机互联、短距离通信等领域有着广泛的应用，逐渐成为目前电子电力学领域研究的热点。氮化镓材料具有宽带隙、高电子迁移率、高热导率、高稳定性等一系列优点，因此在短波长发光器件、光探测器件以及大功率器件方面有着广泛的应用和巨大的市场前景。

通常，LED包含n型衬底、形成于该衬底上的n型外延区以及形成于n型外延区上的p型外延区。为了便于对装置施加电压，阳极欧姆接触形成于该装置的p型区(通常为暴露的p型外延层)上，阴极欧姆接触形成于该装置的n型区(例如衬底或者暴露的n型外延层)上。由于GaN在高温生长时氮的离解压很高，很难得到大尺寸的GaN体单晶材料，目前大部分GaN外延器件还只能在其他衬底上(如蓝宝石衬底)进行异质外延生长。

P型区是制造GaN基LED器件必不可少的重要环节，P-GaN结构及其外延生长方法是提高GaN基LED光取出效率的关键。由于难以形成导电良好的P型III族氮化物材料(例如GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN和AlInN)，P型层内电流分布的缺乏可能成为这些材料所形成LED性能的限制因素。因此，我们期望在暴露的P型层尽可能多的表面区域上形成欧姆接触，从而引导电流穿过该装置有源区尽可能大的区域。然而，提供大的阳极接触从某些方面而言对装置性能是有害的。通常期望从发光二极管提取尽可能多的光。由于阳极欧姆接触通常包括金属层，LED有源区内产生的光会在欧姆接触中部分地吸收，降低了该装置的总发光效率。在一些装置中，我们期望在暴露的P型层上形成反射金属层，使得通常会穿过P型层从装置逃逸的光被反射回到装置内，穿过衬底被提取。然而，例如铝和银的高反射金属并不形成与P型氮化物材料的良好欧姆接触。因此，通常在P型氮化物层和反射体之间提供欧姆接触，降低欧姆接触中的吸收成为这些装置中关心的问题。因此，需要改善现有的欧姆接触结构以及在P型氮化物材料上形成欧姆接触结构的方法。

目前，国内主要LED厂家的P-GaN的比接触电阻都仅在10^-2ohm·cm²数量级，这是因为P-GaN空穴浓度太低以及缺乏功函数足够高的金属所致，只有P型GaN重掺时才可形成良好的欧姆接触。2000年，文献“Jang J S，Park S J，Seong T Y etal.Low resistance and thermally stable Pt/Ru Ohmic contacts to p-type GaN[J].Physica Status Solidi(A)Applied Research，2000，180(1)：103-107”涉及了采用Pt/Ru与P-GaN接触，经热退火得到低阻2.2×10^-6ohm·cm²。Jin-Kuo Ho等人用Ni/Au作接触金属，在氧气气氛下退火500℃，得到4×10^-6ohm·cm²的接触比电阻(见文献Ho J K，Jong C S，Huang C N et al.Low-resistance ohmic contacts to p-type GaN achieved by the oxidation of Ni/Au films[J].Appl.Phys.Lett.，1999，86(8)：4491-4497)。Kumakura等人在Pd/Au和P-GaN之间插入一层2nm的应变InGaN接触层，未经任何处理就得到了相当低的接触电阻率(见文献Kumakura K，Makimoto T，Kobayashi N.Kobayashi.Low-resistance nonalloyed ohmic contact to P-type GaN using strained InGaN contact layer[J].Appl.Phys.Lett.2001，79(16)：2588-2590)。