CN102738315A - 一种氮化物发光二极管结构 - Google Patents

一种氮化物发光二极管结构 Download PDF

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吴东海
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Abstract

一种氮化物发光二极管结构，涉及光电技术领域。本发明包括衬底、形成于衬底上的低温缓冲层和发光半导体结构。所述发光半导体结构包括N型半导体层、发光层和P型半导体层，P型半导体层的上方为透明导电层。透明导电层上的一端置有P型电极，N型氮化镓层上、与P型电极相对的另一端置有N型电极。其结构特点是，所述低温缓冲层和N型半导体层之间不设置非掺杂化合物半导体层。本发明的外延结构中不设置非掺杂化合物半导体层，使器件的厚度大大降低，减小了外延片产生翘曲的几率，提高了外延片的良率，并能有效提高外延片的生长效率，提高设备的产能。

Description

一种氮化物发光二极管结构
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特别是氮化物发光二极管结构。
背景技术
以GaN材料为代表的III-V族氮化物半导体材料被誉为第三代半导体材料，GaN基高亮度发光二极管LED在生活中无处不在，其应用领域已渗透到信号指示、户内外全彩显示屏、大中小型尺寸背光源、城市景观亮化以及室内外照明等。随着GaN基高亮度LED技术的发展及应用的开发，新一代氮化物大功率白光LED已经成为人们关注的焦点。功率型LED作为一种高效、环保和新颖的绿色固体光源，具有操作电压低、功耗小、体积小、重量轻、寿命长等诸多优点。
目前普遍应用的氮化物发光二极管材料和器件主要是利用MOCVD外延技术异质外延在蓝宝石Al2O3、碳化硅SiC、硅Si、氧化锌ZnO或者砷化镓GaAs衬底上，或同质外延生长在自支撑氮化镓GaN衬底上。除了自支撑氮化镓衬底外，其它衬底材料和III-V族氮化物材料之间都存在很大的晶格常数失配和热膨胀系数的差异，晶格常数和热膨胀系数的差异，使得外延生长高质量的氮化物材料非常困难。
现有技术中，GaN基发光二极管的结构如图1所示，具体包括：衬底20、低温缓冲层21、非掺杂化合物半导体层26、N型半导体层22、发光层23和P型半导体层24。其通过常规的GaN基发光二极管芯片工艺流程，在N型半导体层22上制作N型电极261，在P型半导体层24上制作透明导电层25和P型电极262。在上述发光二极管结构中，非掺杂化合物半导体层26的厚度一般在2-6微米，N型半导体层22的典型厚度也在2-4微米，最后形成的整个发光二极管结构的外延层厚度达10微米以上，这样厚的外延层厚度对整个发光二极管的制作是非常不利的。一是过厚的外延层厚度会在GaN基化合物半导体材料的外延过程中产生应力，使外延片处于应力状态而发生翘曲，翘曲现象会使得外延衬底20的加热温度不均匀，从而导致生长的外延层材料均匀性变差，尤其对于大尺寸衬底20而言，产品的良率大大受到限制。此外，外延片处于较大应力状态也会在后续的减薄工艺中出现破裂问题，严重影响产品的成品率，因此，外延层厚度的大小对外延层应力的控制非常关键。二是对传统的GaN基化合物半导体材料外延生长技术而言，外延层典型生长速率为每小时1-2微米，过厚的外延层厚度会严重影响生产效率，降低了设备的有效产能。
发明目的
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种氮化物发光二极管结构。它的外延结构中不设置非掺杂化合物半导体层，使器件的厚度大大降低，减小了外延片产生翘曲的几率，提高了外延片的良率，并能有效提高外延片的生长效率，提高设备的产能。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种氮化物发光二极管外延结构，它包括衬底、形成于衬底上的低温缓冲层和发光半导体结构。所述发光半导体结构包括N型半导体层、发光层和P型半导体层，P型半导体层的上方为透明导电层。透明导电层上的一端置有P型电极，N型氮化镓层上、与P型电极相对的另一端置有N型电极。其结构特点是，所述低温缓冲层和N型半导体层之间不设置非掺杂化合物半导体层。
在上述氮化物发光二极管外延结构中，所述衬底采用蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氮化铝和氮化镓衬底材料中的一种。
在上述氮化物发光二极管外延结构中，所述低温缓冲层为数层氮化金属层，由有机金属原料与氨气于高温下反应形成，具体可为氮化镓、氮化铝、氮化铟、氮化铟镓、氮化铝镓或者氮化铝铟镓组成的单一结构或者复合结构，其中各氮化金属层的厚度范围在0.1-100纳米之间。
本发明由于采用了上述结构，由于N型半导体层直接形成在低温缓冲层上，没有非掺杂化合物半导体层的存在，整个发光二极管结构的厚度得到大大降低，减小了外延片产生翘曲的几率，提高了外延片的良率。同时，发光二极管整体外延厚度的降低可以有效提高外延片的生长效率，提高了设备的产能，能有效地提高生产效率。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为现有技术中GaN基发光二极管结构示意图；
图2为本发明氮化物发光二极管结构示意图。
具体实施方式
参看图2，为本发明包括衬底20、形成于衬底20上的低温缓冲层21和发光半导体结构。发光半导体结构包括N型半导体层22、发光层23和P型半导体层24，P型半导体层24的上方为透明导电层25。透明导电层25上的一端置有P型电极262，N型氮化镓层22上、与P型电极262相对的另一端置有N型电极261。低温缓冲层21和N型半导体层22之间不设置非掺杂化合物半导体层。衬底20采用蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氮化铝和氮化镓衬底材料中的一种。低温缓冲层21为数层氮化金属层，由有机金属原料与氨气于高温下反应形成，具体可为氮化镓、氮化铝、氮化铟、氮化铟镓、氮化铝镓或者氮化铝铟镓组成的单一结构或者复合结构，其中各氮化金属层的厚度范围在0.1-100纳米之间。
本发明中的透明导电层25由可以透光且可使电流均匀分散的材料构成，例如铟锡氧化物ITO。电极材料可以由Au/Ge/Ni、Ti/Al、Ti/Al/Ti/Au或Cr/Au合金所构成。根据以上所述，即可以得到一个具体发光二极管器件。

Claims (3)

1.一种氮化物发光二极管结构，它包括衬底(20)、形成于衬底(20)上的低温缓冲层(21)和发光半导体结构，所述发光半导体结构包括N型半导体层(22)、发光层(23)和P型半导体层(24)，P型半导体层(24)的上方为透明导电层(25)，透明导电层(25)上的一端置有P型电极(262)，N型氮化镓层(22)上、与P型电极(262)相对的另一端置有N型电极(261)；其特征在于，所述低温缓冲层(21)和N型半导体层(22)之间不设置非掺杂化合物半导体层。
2.根据权利要求1所述的氮化物发光二极管结构，其特征在于，所述衬底(20)采用蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氮化铝和氮化镓衬底材料中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的氮化物发光二极管结构，其特征在于，所述低温缓冲层(21)为数层氮化金属层，由有机金属原料与氨气于高温下反应形成，具体可为氮化镓、氮化铝、氮化铟、氮化铟镓、氮化铝镓或者氮化铝铟镓组成的单一结构或者复合结构，其中各氮化金属层的厚度范围在0.1-100纳米之间。
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