[發明專利]一種具有隧道結結構的氮極性面發光二極管

有效

• 申請號: 201310464192.7
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103489975A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 張雄;楊旭;崔一平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種以p-i-n隧道結作為LED芯片頂部歐姆接觸層結構的氮極性面發光二極管，屬于半導體光電子材料與器件制造技術。

背景技術

LED作為新型高效的固態光源，具有節能、環保、壽命長、體積小、低工作電壓等顯著優點，在世界范圍內獲得了廣泛的應用。

既有的由III-V族化合物半導體材料制成的LED中，III-V族化合物半導體材料都是沿[0001]方向即C面方向生長，最終得到金屬極性面的氮化鎵、氮化鋁以及它們的合金晶體。在既有的LED中，p型AlGaN/GaN和p型InGaN/GaN已經被廣泛應用作為p端與金屬電極之間的歐姆接觸層，以此獲得較低的歐姆接觸電阻，從而降低芯片的開啟電壓（參考文獻A.Khan,K.Balakrishnan,and?T.Katona,Nature?Photonics2,77(2008)和J.S.Jang,Appl.Phys.Lett.93,081118(2008)）。

另外，也有研究組利用p+-n+隧道結結構作為最頂部的歐姆接觸層，以提高芯片的輸出功率和電流的橫向傳播能力，同時減少芯片的串聯電阻，降低芯片的開啟電壓（參考文獻S.R.Jeon,M.S.Cho,M.A.Yu,and?G.M.Yang,IEEE?J.Sel.Top.Quantum?Electron.8,739(2002)、S.R.Jeon,Y.H.Song,H.J.Jang,K.S.Kim,G.M.Yang,S.W.Hwang,and?S.J.Son,Phys.Status?Solidi?A188,167(2001)、S.R.Jeon,Y.H.Song,H.J.Jang,G.M.Yang,S.W.Hwang,and?S.J.Son,Appl.Phys.Lett.78,3265(2001)和J.K.Sheu,J.M.Tsai,Electron?Device?Letters,IEEE?Volume.22,NO.10,(2001)）。

但是，在既有的、以沿著[0001]方向生長的III-V族化合物半導體材料所制造的LED芯片中，即使是利用p+-GaN/n+-GaN隧道結結構作為p型半導體區最頂部的歐姆接觸層，電子的隧穿幾率仍然不是很高。而且要得到沿[0001]方向生長的、具有高空穴濃度的p+-GaN層并不容易。另外，要得到空穴濃度很高的p+-GaN，需要進行金屬Mg的重度摻雜，而太高的Mg摻雜可能引起GaN表面從鎵極性反轉為氮極性，將會很大程度地影響氮化鎵基半導體材料的晶體質量，從而影響LED的性能。但若一開始即沿著[000-1]方向生長氮極性的GaN基半導體材料，將能夠避免Mg的重度摻雜所引起的極性反轉，因此可以得到具有更高空穴濃度的p型半導體材料。此外，僅僅利用n+-GaN層作為最頂部的半導體材料與金屬電極間形成歐姆接觸的方法在解決電流擁堵方面的效果，實踐證明并不是十分明顯。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提出一種具有氮極性的p-i-n隧道結作為LED芯片頂部歐姆接觸層結構的氮極性面發光二極管，通過以氮極性的p⁺-GaN層、非摻雜的In_xAl_yGa_1-x-yN層、在非摻雜In_xAl_yGa_1-x-yN層之上的n型AlGaN/GaN超晶格結構層三者共同構成的氮極性p-i-n隧道結結構替代傳統的p⁺-GaN/n⁺-GaN隧道結結構，以有效地改善利用傳統隧道結做為LED芯片頂部歐姆接觸層的一些不足。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種具有隧道結結構的氮極性面發光二極管，包括由下至上依次設置的藍寶石襯底、低溫成核層、非摻雜半導體層、n型半導體層、多量子阱有源層、p-AlGaN電子阻擋層、p型半導體層、p⁺-GaN層、非摻雜In_xAl_yGa_1-x-yN層、n型超晶格結構層和金屬電極，所述p⁺-GaN層、非摻雜In_xAl_yGa_1-x-yN層和n型超晶格結構層共同構成p-i-n隧道結結構。

優選的，所述藍寶石襯底為朝M或A面方向具有0.5～5°斜切角的C面晶體。