[發明專利]一種在SiC襯底上制備的發光二極管

無效

• 申請號: 200710014444.0
• 申請日: 2007-05-15
• 公開（公告）號: CN101060150A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 徐現剛;寧麗娜;李樹強;胡小波;蔣民華
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所
• 代理人: 王書剛

技術領域

本發明涉及發光二極管，屬于發光二極管光電子技術領域。

背景技術

發光二極管(LED：Light?Emitting?Diode)是利用半導體材料的電致發光性質直接將電能轉換為光能的光源。與傳統的白熾燈相比，具有高效、節能、環保等諸多優點，被稱為二十一世紀的綠色光源。

40年前采用GaAsP外延生長技術制成第一支實用的LED，僅能提供紅色發光，不久橙色和黃綠色LED也相繼問世。開發初期，LED的發光效率較小，主要應用于室內指示燈、數碼管等低亮度要求的領域。1991年，基于AlGaInP材料的紅、橙、黃色超高亮度LED的實用化揭開了LED發展新篇章，打破了LED的傳統應用，從室內走向室外，成功的用于各種交通信號燈、汽車的尾燈、方向燈以及戶外信息顯示屏。1994年藍色AlInGaN超高亮度LED的問世成為LED發展的又一重要里程碑，不久綠色AlInGaN超高亮度LED相繼研制成功，從而實現了LED的超高亮度全色化。

目前，利用紫外、或紫色、或藍色的AlInGaN短波長LED加熒光粉或用紅、綠、藍三基色LED制作的白光的效率已經超過熒光燈，從而使半導體照明技術，又稱固態照明技術，受到全世界范圍內的廣泛重視，是具有產業革命意義的重大技術革新。

LED的制備過程主要包括在襯底材料上生長多層薄膜，也叫外延材料，隨后進行LED管芯工藝制備出接觸電極，封裝后得到標準的LED器件。要獲得大功率、高效率的LED，需要著重處理好如下三個方面的問題：

1、外延薄膜材料與襯底的晶格失配

要獲得高質量的外延材料，提高器件內量子效率，盡量選擇與外延材料晶格匹配的襯底是非常重要的。目前短波長(紫、藍、綠色)LED主要采用兩種類型的襯底：

一是Al₂O₃(藍寶石)襯底，日本的日亞化學公司(Nichia)首先采用，并實現了商品化。藍寶石襯底的LED管芯結構如圖1所示，包括正極2、負極1、p型AlInGaN層3、發光層4、n型AlInGaN層5和藍寶石襯底6。其特點是：襯底為藍寶石，它是絕緣材料，正極和負極必須制作到頂端；襯底對藍、紫和紫外光透明，可以具有較高的輸出效率。但是藍寶石的導熱性較差，不利散熱，對于制作大功率、高效率LED不利。

二是n型SiC襯底。美國克里公司在中國申請了一項名稱為《在SiC襯底上形成的GaN基LED》的專利，申請號是02809205.8，是采用導電類型的n型6H-SiC或4H-SiC襯底，其LED的管芯結構如圖2所示，包括負極1、正極2、p型AlInGaN層3、發光層4、n型AlInGaN層5和n型6H-SiC襯底7。其特點是：襯底7為n型SiC材料，它是導電襯底，同時充當LED負極，與常規的LED工藝兼容。該襯底材料要求的電阻率很小(小于0.1歐姆·厘米)，需要摻雜高濃度的雜質降低電阻率，達到導電的目的，對藍光和紫光是吸收的(如圖3所示)，當載流子濃度達到1×10¹⁸個/cm³時，其透明性已經很差，從而限制了LED光輸出效率的提高和大功率照明應用。

SiC材料的熱導率是藍寶石材料的10倍以上，利用SiC做襯底可以有利用管芯散熱，可以增大LED的輸出功率，對制作大功率LED非常有利，是半導體照明的必由之路。

2、提高LED管芯輸出效率

LED管芯發出的光是從折射率高的半導體材料中輸出的，由于存在臨界角損耗和菲涅耳損耗等原因，大部分光在表面無法有效輸出而內反射回去，因此從發光層4發出的光需要多次反射才能從表面出射，n型導電襯底對在管芯內部的多次反射有強烈的吸收作用，降低出光效率；另外，LED管芯的襯底厚度一般在200微米，遠遠大于外延層的厚度，透明襯底的側壁成為光輸出的重要路徑，這在吸收襯底是做不到的。上述申請號為02809205.8的《在SiC襯底上形成的GaN基LED》的專利申請中因為采用導電的n型SiC襯底能夠吸收藍光和紫光，減少了匯聚到上出光面的光，使得LED管芯輸出效率較低。

3、提高器件高溫工作性能，增大輸出功率，同時改善器件熱阻