[發(fā)明專利]垂直金字塔結(jié)構(gòu)LED及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810940241.2
• 申請(qǐng)日: 2018-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN109166948B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王軍喜;張翔;魏同波;李晉閩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L33/02;H01L33/14
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 劉歌

1.一種垂直金字塔結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，包括：襯底（1）、介質(zhì)層（2）和外延層，所述外延層位于所述襯底（1）之上，其中，

所述襯底（1）為與GaN晶格失配度在1％～15％的寬禁帶β-Ga₂O₃襯底；

所述外延層包括金字塔結(jié)構(gòu)（3），所述金字塔結(jié)構(gòu)（3）直接接觸所述襯底（1）；所述金字塔結(jié)構(gòu)（3）采用的材料為n型GaN；

其中，所述垂直金字塔結(jié)構(gòu)LED通過如下步驟制備：

在所述襯底（1）上沉積介質(zhì)層（2）；

把介質(zhì)層（2）制備成具有周期性孔洞結(jié)構(gòu)的圖形化掩膜；

在圖形化掩膜的基礎(chǔ)上，填滿所述孔洞結(jié)構(gòu)并繼續(xù)生長(zhǎng)形成金字塔式結(jié)構(gòu)（3）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直金字塔結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，所述介質(zhì)層（2）的材料為SiO₂或SiN_X，其中，x的值介于0至5之間，介質(zhì)層（2）的厚度為20nm~200nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直金字塔結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，所述介質(zhì)層（2）的孔洞結(jié)構(gòu)俯視圖形為正六邊形；所述金字塔結(jié)構(gòu)（3）是側(cè)面均為（1-100）面，頂面為（0001）面的六角金字塔結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的垂直金字塔結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，所述六角金字塔結(jié)構(gòu)的高度為2μm～10μm，所述金字塔結(jié)構(gòu)（3）摻雜元素Si，摻雜濃度為10¹⁸cm^-3~10²⁰cm^-3。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直金字塔結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，所述外延層還包括：

多量子阱發(fā)光層（4），生長(zhǎng)在金字塔結(jié)構(gòu)（3）的側(cè)面上；

p型AlGaN電子阻擋層（5），生長(zhǎng)在多量子阱發(fā)光層（4）上；

p型GaN層（6），生長(zhǎng)在p型AlGaN電子阻擋層（5）上；

透明導(dǎo)電層，制備在p型GaN層（6）上。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的垂直金字塔結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，所述多量子阱發(fā)光層（4）的材料為：In_XGaN/GaN，其中X的值介于12至18之間，InGaN層厚度為2~3nm；GaN層厚度為10~12nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的垂直金字塔結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，所述p型GaN層采用摻雜Mg元素獲得，摻雜濃度為10¹⁷cm^-3~10¹⁸cm^-3。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的垂直金字塔結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，所述透明導(dǎo)電層材料為ITO。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的垂直金字塔結(jié)構(gòu)LED，其特征在于，還包括p電極和n電極，分別制備在透明導(dǎo)電層之上和襯底底面。

10.一種垂直金字塔結(jié)構(gòu)LED制備方法，其特征在于，包括：

在襯底（1）上沉積介質(zhì)層（2）；其中，所述襯底（1）為與GaN晶格失配度在1％～15％的寬禁帶β-Ga₂O₃襯底；

把介質(zhì)層（2）制備成具有周期性孔洞結(jié)構(gòu)的圖形化掩膜；

在圖形化掩膜的基礎(chǔ)上，填滿所述孔洞結(jié)構(gòu)并繼續(xù)生長(zhǎng)形成金字塔結(jié)構(gòu)（3）；所述金字塔結(jié)構(gòu)（3）采用的材料為n型GaN；

其中，所述金字塔結(jié)構(gòu)（3）直接接觸所述襯底（1）。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的垂直金字塔結(jié)構(gòu)LED制備方法，其特征在于，還包括：

在金字塔結(jié)構(gòu)（3）上生長(zhǎng)多量子阱發(fā)光層（4）；

在多量子阱發(fā)光層上生長(zhǎng)p型AlGaN電子阻擋層（5）和p型GaN層（6）；

在p型GaN層（6）上蒸鍍透明導(dǎo)電層；

在透明導(dǎo)電層和襯底底面分別制備p/n電極。