[發明專利]反極性垂直發光二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 201911099376.1
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN110808319B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 郭亞楠;閆建昌;王軍喜;李晉閩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L33/20;H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

一種反極性垂直發光二極管及其制備方法，該反極性垂直發光二極管包括：基板；n型電極，位于所述基板之上；n型GaN基半導體層，位于所述n型電極之上；發光層，位于所述n型GaN基半導體層之上；p型GaN基半導體層，位于所述發光層之上；p型電極，位于所述p型GaN基半導體層之上；其中，所述n型GaN基半導體層、發光層和p型GaN基半導體層在自下而上的方向上均表現為氮極性，在自上而下的方向上均表現為金屬極性。本發明綜合反極性和垂直結構的優勢，可有效提高p型GaN基半導體層的空穴濃度，抑制量子阱有源區的量子限制斯塔克效應，從而提高LED的輻射復合效率和內量子效率，改善LED的發光性能和可靠性。

技術領域

本發明涉及發光二極管的技術領域，尤其涉及一種反極性垂直發光二極管及其制備方法。

背景技術

自上世紀90年代以來，GaN基發光二極管(Light-emitting diode，LED)引起廣泛關注并取得了迅猛的發展。GaN基LED具有波長可調、輕便靈活、能耗低、工作電壓低、定向發光、無污染、壽命長、響應時間快等顯著優勢，依據波長的不同在白光照明、顯示、光通訊、聚合物固化、殺菌消毒等方面有著巨大的市場價值。

纖鋅礦結構的GaN基材料在c軸方向上缺乏中心反演對稱性，晶胞的正負帶電中心不重合，在宏觀條件下材料表現出極性。一般來說，在藍寶石襯底上利用金屬有機物氣相沉積(Metal-organic chemical vapor deposition，MOCVD)生長在低溫緩沖層上所生長的GaN基材料表現為金屬極性。考慮到材料質量和電流擴展的問題，LED通常采用n型外延層在下、p型層在上的結構。此時，有源區量子阱中極化電場的方向與外加正向工作電壓的電場方向相同，這會造成量子阱能帶彎曲(量子限制斯塔克效應)，電子和空穴在空間上波函數分離，輻射效率下降；引起載流子泄露以及由此帶來的效率下降效應。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種反極性垂直發光二極管及其制備方法，以期至少部分地解決上述技術問題中的至少之一。

為了實現上述目的，作為本發明的一方面，提供了一種反極性垂直發光二極管，包括：

基板；

n型電極，位于所述基板之上；

n型GaN基半導體層，位于所述n型電極之上；

發光層，位于所述n型GaN基半導體層之上；

p型GaN基半導體層，位于所述發光層之上；

p型電極，位于所述p型GaN基半導體層之上；

其中，所述n型GaN基半導體層、發光層和p型GaN基半導體層在自下而上的方向上均表現為氮極性，在自上而下的方向上均表現為金屬極性。

其中，所述基板的材料選自硅、陶瓷、藍寶石、碳化硅、金剛石、玻璃、金屬中的任一種或其組合；

所述n型電極和p型電極均為金屬電極、透明金屬氧化物電極或其組合；

所述發光層為Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N/Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N多量子阱，其中，x1、x2、y1、y2均大于等于0，小于等于1；

所述n型GaN基半導體層和p型GaN基半導體層為單層或復合層。

作為本發明的另一方面，提供了一種反極性垂直發光二極管的制備方法，包括以下步驟：

提供臨時襯底，在其上依次沉積犧牲層、p型GaN基半導體層、發光層和n型GaN基半導體層，各層沿生長方向均表現為金屬極性；

在所述n型GaN基半導體層上制備n型電極；