[發明專利]一種氮化鎵基發光二極管及其制備方法

無效

• 申請號: 201010296115.1
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN101937953A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 范亞明;王懷兵;郝國棟;劉建平;黃小輝;吳思;孔俊杰;黃強;王峰
• 申請（專利權）人: 蘇州納晶光電有限公司
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/24
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種氮化鎵基發光二極管，屬于半導體技術領域。

背景技術

半導體照明發光二極管具有壽命長、節能環保等顯著優點，被認為是繼白熾燈、熒光燈之后又一次照明技術的革命，是目前國際上半導體和照明領域研發和產業關注的焦點，擁有巨大的應用前景。

寬禁帶半導體材料氮化鎵(GaN)具有優異的物理和化學特性，與氮化銦(InN)、氮化鋁(AlN)等III族氮化物組成三元、四元合金的禁帶寬度可以在0.7～6.2eV之間連續調節，并且任意組分的InAlGaN四元合金都是直接帶隙，在全色顯示、彩色激光打印、高密度光存儲、光照明、光探測、水下通信等領域都有著廣泛的應用前景。近年來，GaN基發光二極管的研究已取得巨大進展，但是針對顯示屏、背光源、照明等高端應用的需求，仍需進一步提高其發光效率，以積極推動白光照明技術的發展。

現有的氮化鎵基發光二極管，其傳統結構為以藍寶石為襯底，然后在藍寶石襯底的一側，依次從下到上分別設置一N型氮化鎵接觸層、一氮化銦鎵發光層、一P型氮化鎵接觸層，最后，于P型氮化鎵接觸層和N型氮化鎵接觸層上分別設置一正電極和負電極。在此傳統結構下的氮化鎵基發光二極管，其發光層主要是以氮化銦鎵(In_xGa_1-xN，x＝0～1)為勢阱(PotentialWell)的多重量子阱(Multi-quantum?Well)結構，電子和空穴在勢阱結合而釋放出光子。

上述常規的GaN發光二極管有源區一般為平面結構，存在著發光全反射損失等問題，且GaN基發光二極管多在藍寶石(0001)面上外延，內部極化電場對量子阱中電子和空穴的分布有著重要的影響，限制了發光效率的提高。因此，GaN基發光二極管目前還很難進入通用照明領域，需要進一步提高其出光效率，同時實現寬光譜輸出，以推動白光照明的發展。

發明內容

本發明目的是提供一種氮化鎵基發光二極管及其制備方法，以進一步提高發光二極管的出光效率，同時實現寬光譜輸出，推動白光照明的發展。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種氮化鎵基發光二極管，包括：

一襯底；

設于襯底上的一緩沖層；

直接外延在緩沖層上的一本征GaN層；

一N型摻雜GaN外延層，沉積在本征GaN層上；所述N型摻雜GaN外延層上設有N型GaN圖形化模板結構；

一In_xGa_1-xN/Al_aIn_bGa_1-a-bN多量子阱，生長在N型GaN圖形化模板結構之上；

一Al_yGa_1-yN或Al_yGa_1-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN超晶格電子阻擋層，生長在In_xGa_1-xN/Al_aIn_bGa_1-a-bN多量子阱之上；

一P型GaN層，生長在Al_yGa_1-yN或Al_yGa_1-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN超晶格電子阻擋層之上；

一ITO接觸層，設于P型GaN層之上；

在ITO接觸層和N型摻雜GaN外延層上分別設置P型電極和N型電極；

所述N型GaN圖形化模板結構、In_xGa_1-xN/Al_aIn_bGa_1-a-bN多量子阱、Al_yGa_1-yN或Al_yGa_1-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN超晶格電子阻擋層，以及P型GaN層均為曲面結構。

上述技術方案中，所述襯底為平面藍寶石襯底、圖形化藍寶石襯底、氮化鎵襯底、碳化硅襯底或硅襯底。

進一步的技術方案，所述N型GaN圖形化模板結構為連續的蒙古包形狀，蒙古包的直徑、高度以及相鄰蒙古包之間的距離間隔相互匹配，其量級從納米量級延伸至微米量級。