[發明專利]一種GaN基垂直結構發光二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 201010116025.X
• 申請日: 2010-02-23
• 公開（公告）號: CN101789473A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 劉寶林;李曉瑩
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L33/04
• 分類號: H01L33/04
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種發光二極管，尤其是涉及一種第三代化合物半導體材料GaN基垂直結構 的發光二極管。

背景技術

眾所周知，GaN基藍光、紫光、藍綠光發光二極管以其壽命長、功耗低、體積小等優點 在許多領域都具有廣泛應用，如大面積全色平板顯示屏、儀表指示燈、藍綠色交通燈以及各 種照明設備等([1].Masayoshi?Koike，Naoki?Shibata，Hisaki?Kato，et?al.Development?of?high efficiency?GaN-based?multiquantum-well?light-emitting?diodes?and?their?applications[J].IEEE Journal?on?Selected?Topics?in?Quantum?Electronics，2002，8(2)：271-277)。由于GaN屬于六方晶 系結構，而且生長溫度高、缺乏本體襯底，因此通常GaN薄膜及其相關的III族氮化物半導體 材料主要是異質外延在與之晶系結構相容的藍寶石襯底上。藍寶石襯底的使用勢必導致器件 后續制備工藝復雜化，比如，GaN基LED和LD的制作，必須采用干法刻蝕技術刻出n-GaN歐 姆接觸面及諧振腔面([2].Dong-Sing?WUU，Shun-Cheng?HSU，Shao-Hua?HUANG，Chia-Cheng WU，Chia-En?LEE?and?Ray-Hua?HORNG.GaN/Mirror/Si?Light-Emitting?Diodes?for?Vertical Current?Injection?by?Laser?Lift-Off?and?Wafer?Bonding?Techniques.Japanese?Journal?of?Applied Physics，2004，43(8A)：5239-5242)。還有，藍寶石襯底的電導率和熱導率都比較低，雖然 目前GaN基發光二極管的電光轉化效率已高達42％，但是仍有相當多的能量轉化為熱能。如 果這些熱能不及時導出，必然影響器件的電學特性和壽命，隨之也會使器件制備復雜化([3]. H.C.Lee，J.B.Park，J.W.Bae，Pham?Thi?Thu?Thuy，M.C.Yoo?and?G.Y.Yeom.Effect?of?the?surface texturing?shapes?fabricated?using?dry?etching?on?the?extraction?efficiency?of?vertical?light-emitting diodes.Solid-State?Electronics，2008，52：1193-1196)。因此，無藍寶石襯底的自支撐GaN基光 電子器件的獲得逐漸成為一個活躍的研究熱點。

近來，薄膜激光剝離技術已被確認為是GaN基異質外延結構移除藍寶石襯底最有效的方 法之一。Kelly等([4].M.K.Kelly，O.Ambacher，B.Dahlheimer，G.Groos，R.Dimitrov，H.Angerer and?M.Stutzmann.Appl.Phys.Lett.1996，69：1749)采用三倍頻波長為355mm的Nd:YAG激光 器及Wong等([5].W.S.Wong，T.Sands?and?N.W.Cheung.Appl.Phys.Lett.1998，72：599)利 用波長為248nm的KrF準分子脈沖激光器通過激光輻照透明藍寶石襯底均實現了GaN薄膜的 成功剝離。其基本原理是利用晶片鍵合技術和激光誘導剝離技術(LLO)將GaN基LED等器 件結構薄膜與藍寶石襯底分離并轉移到硅襯底或銅、鎳等金屬基板上。傳統的基于藍寶石襯 底的的LED結構需要在臺面上制作透明p型歐姆層以增強光提取效率。相比之下，垂直電注入 結構的GaN基LED可以有效地增大出光面外延層并簡化如干法刻蝕、表面粗化等制作過程。 而且，這種結構也很容易實現n型GaN外延層的非退火歐姆接觸。