[發(fā)明專利]一種襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010554940.7
• 申請日: 2010-11-23
• 公開（公告）號: CN102064250A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發(fā)明（設計）人: 杜國同;梁紅偉;李萬程
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導體發(fā)光器件及其制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于GaN基發(fā)光管及其制作方法。

背景技術(shù)

隨著第三代半導體材料氮化鎵的突破和藍、綠、白光發(fā)光二極管的問世，繼半導體技術(shù)引發(fā)微電子革命之后，又在孕育一場新的產(chǎn)業(yè)革命——照明革命，其標志是半導體燈將逐步替代白熾燈和熒光燈。由于半導體照明(亦稱固態(tài)照明)具有節(jié)能、長壽命、免維護、環(huán)保等優(yōu)點，業(yè)內(nèi)普遍認為，如同晶體管替代電子管一樣，半導體燈替代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈，也是科學技術(shù)發(fā)展的必然和大勢所趨。目前用于半導體照明的發(fā)光管(LED)主要是GaN材料系，大多數(shù)的GaNLED是在Al₂O₃單晶襯底上外延生長多層GaN系材料薄膜制備的。但是由于Al₂O₃單晶不導電，所以這種LED只能作成同面電極結(jié)構(gòu)，即正負電極都在外延層一面，電流是在n-GaN薄層中橫向流動的，電流密度大，會產(chǎn)生熱量，而Al₂O₃單晶襯底的導熱特性也不好，這樣這種同面電極Al₂O₃單晶襯底結(jié)構(gòu)LED很難獲得大功率輸出。于是人們提出制備垂直結(jié)構(gòu)LED。X.A.Cao等人在文獻“APPLIED?PHYSICS?LETTERS?VOLUME?85，NUMBER?18，2004，p3971”就報道了研制的一種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管。這種器件如圖1所示，由n型GaN單晶襯底1，襯底1上外延生長的n型GaN緩沖層和下限制層2，下限制層2上制備的GaN材料系多量子阱發(fā)光層3，發(fā)光層3上制備的p型GaN上限制層4，上限制層4上面制備的InGaN蓋層5，蓋層5上面制備的上電極6，襯底1下面制備的下電極7等部件構(gòu)成。

由于目前制備的GaN單晶襯底價格昂貴，且沒有大批量產(chǎn)業(yè)化，造成制備的LED成本高。人們又把目光投向到單晶襯底制備技術(shù)比較成熟，已經(jīng)有大批量產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品的SiC單晶襯底上，制備了一些SiC襯底發(fā)光管。

SiC襯底價格適中，同時SiC晶格和GaN匹配較好，且單晶襯底導電和導熱性能都比較好。可是，由于SiC材料折射率較大，有源區(qū)發(fā)出的光大部分被襯底吸收，因而出光率低。

為了克服上述GaN基發(fā)光管產(chǎn)業(yè)化制備的這一困難，本發(fā)明提出一種新型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管及制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為解決上述GaN基發(fā)光管的這一問題，利用SiC襯底晶格和GaN匹配較好，導電和導熱性能都比較好，且制備技術(shù)比較成熟，已經(jīng)有大批量產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品，同時價格適中的優(yōu)點，提供一種新型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明所設計的一種新型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管(見附圖2和附圖說明)，依次由襯底1、襯底1上外延生長的n型GaN緩沖層和下限制層2、下限制層2上制備的GaN材料系多量子阱發(fā)光層3、發(fā)光層3上制備的p型GaN上限制層4、上限制層4上面制備的p型In_xGa_1-xN蓋層5、蓋層5上面制備的上電極6，襯底1下面制備的下電極7構(gòu)成，其特征在于：上電極6制備成兼有反射鏡功能，同時為了彌補光在金屬反射鏡反射時的位相損失，在蓋層5和上電極6之間生長一層p型In_yGa_1-yN位相匹配層8，上電極6全部覆蓋在位相匹配層8的上面，襯底1是n型SiC單晶襯底，為了減緩SiC材料折射率較大影響出光率，在襯底1的襯底面80～95％的面積上制備一層ZnO薄膜9，而在襯底1的襯底面其余的5～20％面積上制備下電極7。

該種發(fā)光管為倒裝(即外延層面向下，裝配焊接在支架或熱沉上)，襯底出光結(jié)構(gòu)，出光方向如箭頭12所示。