[發明專利]半極性面氮化鎵基發光二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 201410147977.6
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN104112803A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 項若飛;汪連山;趙桂娟;金東東;王建霞;李輝杰;張恒;馮玉霞;焦春美;魏鴻源;楊少延;王占國
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/16
• 分類號: H01L33/16;H01L33/18;H01L33/32;H01L33/20;H01L33/06;H01L33/12;H01L33/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種半極性面氮化鎵基發光二極管，包括：?

一襯底，其表面具有周期排列的凸起圖形；?

一氮化鋁緩沖層，其沉積在凸起圖形之間的間隔區內，該氮化鋁緩沖層的厚度小于襯底表面的凸起圖形的高度；?

一未摻雜半極性面氮化鎵層，其制作在氮化鋁緩沖層的上面，該未摻雜半極性面氮化鎵層與襯底表面的凸起圖形之間具有空隙區，可阻隔位錯缺陷向上延伸；?

一半極性面氮化鎵N型層，其制作在未摻雜半極性面氮化鎵層上；?

一半極性面N型銦鎵氮插入層，其制作在半極性面氮化鎵N型層上；?

一半極性面銦鎵氮/氮化鎵多量子阱活性發光層，其制作在半極性面N型銦鎵氮插入層上；?

一半極性面P型鋁鎵氮電子阻擋層，其制作在半極性面銦鎵氮/氮化鎵多量子阱活性發光層上；?

一半極性面P型氮化鎵層，其制作在半極性面P型鋁鎵氮電子阻擋層上。?

2.根據權利要求1所述的半極性面氮化鎵基發光二極管，其中襯底是取向(10－10)面的m面藍寶石襯底，其表面周期性排列的凸起圖形的底部直徑為2-4μm，高度為1-2μm，各凸起圖形之間的間隔均為1-3μm。?

3.根據權利要求1所述的半極性面氮化鎵基發光二極管，其中未摻雜半極性面氮化鎵層、半極性面氮化鎵N型層、半極性面N型銦鎵氮插入層、半極性面銦鎵氮/氮化鎵多量子阱活性發光層、半極性面P型鋁鎵氮電子阻擋層和半極性面P型氮化鎵層的外延表面取向均為(11－22)面。?

4.根據權利要求1所述的半極性面氮化鎵基發光二極管，其中未摻雜半極性面氮化鎵層的總厚度為3-6μm，由氮氣氛圍或氫氣氛圍或氫氮混合氛圍制備的氮化鎵構成。?

5.一種半極性面氮化鎵基發光二極管的制備方法，包括以下步驟：?

步驟1：在一襯底上制備出周期性排列的凸起圖形；?

步驟2：將具有周期性凸起圖形的襯底清洗后放入反應室中進行氮化處理；?

步驟3：在氮化處理后的襯底上沉積一層氮化鋁緩沖層，厚度為0.03-0.30μm；?

步驟4：在氮化鋁緩沖層上沉積未摻雜半極性面氮化鎵層，總厚度為3-6μm，沉積未摻雜半極性面氮化鎵層時，在襯底各凸起圖形的頂部和未摻雜半極性面氮化鎵層之間出現空隙區，可阻擋在界面處形成的位錯缺陷向上延伸；?

步驟5：在未摻雜半極性面氮化鎵層上沉積氮化鎵N型層，厚度為2-4μm；?

步驟6：在氮化鎵N型層上沉積N型銦鎵氮插入層；?

步驟7：在N型銦鎵氮插入層上沉積3-10個周期的氮化鎵/銦鎵氮多量子阱結構活性發光層，其中氮化鎵是勢壘層，起限制電子的作用，銦鎵氮是勢阱層，該勢阱層為二極管的發光區，根據LED波長要求，調節銦組分含量可發出不同波長或顏色的光；?

步驟8：在多量子阱發光層上沉積P型鋁鎵氮電子阻擋層，厚度為2-50nm，電子阻擋層中鋁組分含量為z＝0.08-0.3；?

步驟9：在電子阻擋層上沉積氮化鎵P型層，厚度為0.1-0.5μm，完成制備。?

6.根據權利要求5所述的半極性面氮化鎵基發光二極管的制備方法，其中襯底采用取向為(10-10)m面藍寶石襯底。?

7.根據權利要求5所述的半極性面氮化鎵基發光二極管的制備方法，其中所述襯底的氮化處理在H₂和NH₃氛圍下進行，氮化處理溫度為500800℃，氮化時間為30-300秒。?

8.根據權利要求5所述的半極性面氮化鎵基發光二極管的制備方法，其中未摻雜半極性面氮化鎵層采用“兩步法”生長，先在氮氣氛圍下生長0.021μm厚度，再調整到氫氣氛圍下生長35μm厚度，生長溫度均為9001200℃，生長壓力均為50760Torr，以控制未摻雜半極性面氮化鎵層的生長取向為半極性(1122)面方向。?

9.根據權利要求5所述的半極性面氮化鎵基發光二極管的制備方法，其中N型銦鎵氮插入層的銦組分含量為x＝0.01-0.1，厚度為5200nm，生長溫度為700850℃，生長壓力為50760Torr，電子濃度為1E178E18cm^-3。?

10.根據權利要求5所述的半極性面氮化鎵基發光二極管的制備方法，其中氮化鎵/銦鎵氮多量子阱活性發光層由氮化鎵勢壘層和銦鎵氮勢阱層構成，周期數為3-10，勢壘層厚度為2-50nm，生長溫度為800－1000℃，勢阱層厚度為2-5nm，銦組分含量為y＝0.05-0.6，生長溫度為650-850℃，生長壓力為50-760Torr，調節勢阱層中銦組分含量可發出不同波長或顏色的光。?