CN103311396A - 一种采用Si基衬底的二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用Si基衬底的二极管，它涉及一种二极管。它包括背面Tu电极、Si衬底、AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、AlN/GaN超晶格层、粘贴金属、金属反射镜、GaN外延层和正面Tu电极，背面Tu电极上设置有Si衬底，Si衬底上依次设置有AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、AlN/GaN超晶格层、粘贴金属、金属反射镜和GaN外延层，GaN外延层外部设置有正面Tu电极。本发明衬底热导率高，可靠性高，发光层背面为金属反射镜，表面有粗化结构，取光效率高。

Description

一种采用Si基衬底的二极管
技术领域
本发明涉及的是一种二极管，具体涉及一种采用Si基衬底的二极管。 
背景技术
Si衬底和GaN之间较大的热膨胀系数差异导致较大的热失配。Si的热膨胀系数为3.59×10-6K-1，而GaN的热膨胀系数为5.59×1010-6K-1，二者相差很大，造成高温生长后降温的过程中外延层将承受很大的张应力，由于外延层的厚度远小于衬底厚度，所以外延层会产生裂纹，由于Si原子间形成的健是纯共价键属非极性半导体，而GaN原子间是极性键属极性半导体。对于极性/非极性异质结界面有许多物理性质不同于传统异质结器件，所以界面原子、电子结构、晶格失配、界面电荷和偶极矩、带阶、输运特性等都会有很大的不同，Si衬底上Si原子的扩散也是一个重要问题，在高温生长过程中Si原子的扩散加剧，导致外延层中会含有一定量的Si原子，这些Si原子易于与生长气氛中的氨气发生反应，而在衬底表面形成非晶态Si xNy薄膜，降低外延层的晶体质量。另外，Ga原子也可以扩散到Si衬底表面发生很强的化学反应，将对衬底产生回熔而破坏界面，降低外延层的晶体质量。 
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种采用Si基衬底的二极管，衬底热导率高，可靠性高，发光层背面为金属反射镜，表面有粗化结构，取光效率高。 
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种采用Si基衬底的二极管，包括背面Tu电极、Si衬底、AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、AlN/GaN超晶格层、粘贴金属、金属反射镜、GaN外延层和正面 Tu电极，背面Tu电极上设置有Si衬底，Si衬底上依次设置有AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、AlN/GaN超晶格层、粘贴金属、金属反射镜和GaN外延层，GaN外延层外部设置有正面Tu电极。 
作为优选，所述的金属反射镜为Ag电极反射镜，大大提高了反射效率，通过改进反射镜的设计并引入粗化技术，提高了光输出功率。 
作为优选，所述的GaN外延层表面为深度粗化结构，解决了粗化表面清洗不干净的难题并优化了N电极的金属结构在粗化的N极性n-GaN表面获得了低阻且稳定的欧姆接触。 
本发明衬底热导率高，可靠性高，发光层背面为金属反射镜，表面有粗化结构，取光效率高。 
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明； 
图1为本发明的结构示意图。 
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。 
参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案：一种采用Si基衬底的二极管，包括背面Tu电极1、Si衬底2、AlN缓冲层3、AlGaN缓冲层4、AlN/GaN超晶格层5、粘贴金属6、金属反射镜7、GaN外延层8和正面Tu电极9，背面Tu电极1上设置有Si衬底2，Si衬底2上依次设置有AlN缓冲层3、AlGaN缓冲层4、AlN/GaN超晶格层5、粘贴金属6、金属反射镜7和GaN外延层8，GaN外延层8外部设置有正面Tu电极9。 
值得注意的是，所述的金属反射镜7为Ag电极反射镜，大大提高了反射效率，通过改进反射镜的设计并引入粗化技术，提高了光输出功率。改进了Ag反射镜蒸镀前p型GaN表面的清洗工艺和晶片焊接工艺，改善 了银反射镜的欧姆接触，量子阱前引入缓冲结构，提高了芯片发光效率，优化量子阱/垒界面生长工艺，发光效率进一步提高，通过改进焊接技术，减少了衬底转移过程中芯片裂纹问题，芯片制备的良率大幅度提高，且可靠性获得改善。 
此外，所述的GaN外延层8表面为深度粗化结构，解决了粗化表面清洗不干净的难题并优化了N电极的金属结构在粗化的N极性n-GaN表面获得了低阻且稳定的欧姆接触。 
本具体实施方式通过引入AIN、AlGaN多层缓冲层，大大缓解了Si衬底上外延GaN材料的应力，提高了晶体质量，从而提高了发光效率；通过优化设计n-GaN层中Si浓度结构及量子阱/垒之间的界面生长条件，减小了芯片的反向漏电流并提高了芯片的抗静电性能。采用多层金属结构，同时兼顾欧姆接触、反光特性、粘接特性和可靠性，优化焊接技术，解决了银反射镜与p-GaN粘附不牢且接触电阻大的问题。优选了多种焊接金属，优化焊接条件，成功获得了GaN薄膜和导电Si基板之间的牢固结合，解决了该过程中产生的裂纹问题。 
本具体实施方式衬底热导率高，可靠性高，发光层背面为金属反射镜，表面有粗化结构，取光效率高。 
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 

Claims (3)

1.一种采用Si基衬底的二极管，其特征在于，包括背面Tu电极(1)、Si衬底(2)、AlN缓冲层(3)、AlGaN缓冲层(4)、AlN/GaN超晶格层(5)、粘贴金属(6)、金属反射镜(7)、GaN外延层(8)和正面Tu电极(9)，背面Tu电极(1)上设置有Si衬底(2)，Si衬底(2)上依次设置有AlN缓冲层(3)、AlGaN缓冲层(4)、AlN/GaN超晶格层(5)、粘贴金属(6)、金属反射镜(7)和GaN外延层(8)，GaN外延层(8)外部设置有正面Tu电极(9)。
2.根据权利要求1所述的一种采用Si基衬底的二极管，其特征在于，所述的金属反射镜(7)为Ag电极反射镜。
3.根据权利要求1所述的一种采用Si基衬底的二极管，其特征在于，所述的GaN外延层(8)表面为深度粗化结构。
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