[發明專利]基于納米線結構的高效發光二極管的制備方法

有效

• 申請號: 201710610925.1
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107394022B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 張進成;杜金娟;許晟瑞;呂玲;郝躍;李培咸;陶鴻昌;林志宇;張金風
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20;H01L33/00;B82Y40/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發明公開了一種基于納米線結構的高效發光二極管及制備方法，主要解決傳統LED中空穴注入效率不高而引起的發光效率低的問題。其包括：c面藍寶石襯底層(1)、高溫AlN成核層(2)、n型GaN層(3)、Al_xGa_1?xN/Al_yGa_1?yN多量子阱(4)、p型GaN層(5)和電極(6)，其中多量子阱包括五個周期，Al含量x和y由鎵源和鋁源的流量控制，以獲得不同波長的LED，之后利用金屬在高溫下的蠕變現象形成金屬球作為阻擋層，在量子阱上以均勻間隔刻蝕納米槽，使p型GaN層鑲嵌生長在納米槽內，以提高p型GaN和量子阱的接觸面積，有利于空穴的注入，本發明提高了發光效率，可用于紫外及深紫外發光二極管的制作。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，特別涉及一種高效發光二極管，可用來制備高效率的紫外和深紫外發光器件。

技術背景

以集成電路為標志的基于硅材料的微細加工技術造就了當代信息社會。受物理原理的制約，硅材料的加工線寬在小于10nm時，就很難生產出性能穩定、集成度更高的高頻、高速和大功率的光電器件。因此，III-V族氮化物及其合金材料逐漸受到關注，其中 GaN材料以其出色的性能被廣泛應用。GaN材料具有高的電子漂移飽和速度、禁帶寬度大、導電性能良好、化學性質穩定等優點，另外，GaN屬于直接帶隙的半導體材料，非常適合于制備發光二極管和半導體激光器，具有極大的發展空間。

目前廣泛使用的發光二極管的制備方法是在n型GaN材料上制作量子阱，之后生長p型GaN，通過電子和空穴在量子阱中復合來實現發光。但是這種方法由于p型GaN 的生長質量較差，位錯密度高，空穴載流子很難到達量子阱中完成復合過程，因而得到的LED發光效率較低。

發明內容

本發明的目的在于針對傳統LED的不足，提出一種基于納米線結構的高效發光二極管及制備方法，以增大空穴注入量，提高器件發光效率。

為實現上述目的，本發明基于納米線結構的高效發光二極管，自下而上包括：c 面藍寶石襯底層、高溫AlN成核層、n型GaN層、Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱和p 型GaN，該n型GaN層和p型GaN上分別設有n型電極和p型電極，其特征在于：p 型GaN的下部鑲嵌在量子阱中，用于加大p型GaN和量子阱的接觸面積，增加空穴注入量，提高發光效率。

上述發光二極管，其特征在于：所述的Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱的厚度為 400-600nm，其上部每間隔5-8nm均勻刻蝕有深度為40-60nm，寬度為3-5nm的納米槽，這些納米槽內鑲嵌生長有p型GaN。

為實現上述目的，本發明基于納米線結構的高效發光二極管的制備方法，包括如下步驟：

1)熱處理：

將c面藍寶石襯底經過清洗之后，置于金屬有機化學氣相淀積MOCVD反應室中，將反應室的真空度降低到小于2×10^-2Torr；再向反應室通入氫氣，在MOCVD 反應室壓力達到為20-760Torr條件下，將襯底加熱到溫度為900-1200℃，并保持5- 10min，完成對襯底基片的熱處理；

2)高溫氮化：

將熱處理后的襯底置于溫度為1000-1100℃的反應室，通入流量為3000-4000sccm的氨氣，持續3-5min進行氮化；

3)生長高溫AlN層：

在氮化后的襯底上采用MOCVD工藝生長厚度為20-50nm的高溫AlN成核層；

4)生長n型GaN層：