[發明專利]基于自組裝亞微米ITO/Sc/ITO電流擴展層的GaN基發光二極管及制備方法

在審

• 申請號: 202011087950.4
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112201733A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 許晟瑞;黃鈺智;馮蘭勝;范曉萌;張雅超;張進成;朱衛東;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/06;H01L33/32;H01L33/22;H01L33/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明公開了一種基一種基于自組裝亞微米ITO/Sc/ITO電流擴展層結構的GaN基發光二極管及其制備方法，主要解決現有LED電流擴展層對光子的反射損耗與電流擴展不均勻的問題。其自下而上包括：4H?SiC或藍寶石襯底、高溫AlN成核層、n型GaN層、In_xGa_1?xN/GaN多量子阱、AlGaN電子阻擋層、p型層、電流擴展層和電極，其中：電流擴展層采用自組裝亞微米圖形的ITO/Sc/ITO三層結構，即表層和底層均為銦錫氧化物ITO，中間層為Sc。本發明優化了在電流擴展層中的電流的分布，改善了光輸出通路，降低了光在反射中的損耗，提高了發光二極管的光輸出效率，可用于制作高效率的GaN基發光設備。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，特別涉及一種GaN基發光二極管，可用于制作高光輸出率的發光設備。

技術背景

由于GaN材料為直接帶隙半導體，其四元材料AlGaN，InGaN等成為制備紫外、深紫外以及可見光波段發光二極管的重要材料。可廣泛用于照明、水凈化殺菌、生物制劑檢測和醫藥等方面。

GaN基發光二極管的光輸出效率是影響二極管發光的重要因素，提高光輸出效率的主要方法之一是提高LED電流擴展層的透明度以及粗糙度，使得光子難以在輸出的過程發生吸收以及發生鏡面反射。因此，在GaN基LED中如何提高LED表面的透明度和粗糙度在光電器件領域是一個重要問題。

常見的氮化鎵基二極管包含襯底、成核層、n型區、多量子阱有源區、電子阻擋層、p型區、電流擴展層和金屬電極，如圖1所示。其中，電流擴展層為單層銦錫氧化物ITO，但是這種電流擴展層需要進行表面粗化處理，且對于電流的擴展作用有限，使發光二極管發光效率相對低下。

發明內容

本發明的目的在于改善傳統發光二極管電流擴展層不足，提出一種基于自組裝亞微米ITO/Sc/ITO電流擴展層的GaN基發光二極管及制備方法，避免了對器件的粗化處理，提高器件的表面粗糙度和電流擴展作用，改善了光輸出效率。

實現本發明目的的技術方案如下

1.一種基于自組裝亞微米ITO/Sc/ITO電流擴展層結構的GaN基發光二極管,自下而上包括：襯底、高溫AlN成核層、n型GaN層、In_xGa_1-xN/GaN多量子阱、AlGaN電子阻擋層、p型層、電流擴展層和電極，其特征在于：電流擴展層采用自組裝亞微米圖形的ITO/Sc/ITO三層結構，即第一層是厚度為20-50nm的銦錫氧化物ITO，第二層是厚度為5-20nm金屬鈧，第三層是厚度為100-200nm的銦錫氧化物ITO，以增強電流的擴展能力，增加ITO表面的粗糙度，提高發光二極管的光輸出效率。

進一步，所述襯底采用4H-SiC或藍寶石襯底；所述高溫AlN成核層的厚度為20-50nm；所述n型GaN層的厚度為2000-3500nm；所述Al_yGa_1-yN電子阻擋層的厚度為30nm，y的調整范圍為0.2-0.5。

進一步，所述的In_xGa_1-xN/GaN多量子阱，其周期數為5，每個周期的單層In_xGa_1-xN阱層和GaN壘層的厚度分別為10-30nm和40-60nm，In含量x調整范圍為0.01-0.2。

2.一種基于ITO/Sc/ITO電流擴展層的GaN基發光二極管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)對襯底進行加熱和高溫氮化的預處理：

2)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；

3)在AlN成核層上采用MOCVD工藝生長厚度為2000-3500nm的n型GaN層；