CN103413876A

CN103413876A - 一种发光器件及其制备方法

Info

Publication number: CN103413876A
Application number: CN2013103470502A
Authority: CN
Inventors: 李淼; 陈起伟; 邓觉为; 黄宏嘉
Original assignee: XI'AN SHENGUANG HAORUI PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XI'AN SHENGUANG HAORUI PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2013-11-27

Abstract

本发明提供一种发光器件及其制备方法，解决现有技术通过提升晶体质量和单层材料的性能来改善亮度效果不明显技术问题。本发明通过物理或者化学处理的方法在表面形成微粗化的结构，然后在此粗化的材料界面上继续进行外延生长即可延续此前的微粗化效果到量子阱的结构中，对于微粗化处理的外延表面进行继续外延一层N型或者非掺的材料，之后继续外延与量子阱结构相关的层。本发明提高了量子阱生长质量和提高发光面积，并通过最优化的生长速率选择，使得该发光器件出光效率高；该制备方法工艺简单，对材料的晶体质量提升和亮度提升效果明显。

Description

一种发光器件及其制备方法

技术领域

本发明属于光电器件设计领域，具体涉及一种发光器件及其制备方法。

背景技术

目前，在生长光电材料过程中，在生长完N型材料之后即开始进行量子阱结构的生长，量子阱的结构直接以之前生长的N型材料作为基础进行继续外延。这样生长的量子阱结构基本为平面结构，如图1所示，量子阱的有效发光面积只跟芯片的设计相关，出光效率只能靠优化量子阱的厚度以提升电子空穴对的复合效率和提升量子阱结构的晶体质量等来解决，所以亮度的提升一直没有明显的突破。

后续持续的改进主要关注在晶体质量的提升和单层材料的性能提升来达到优化器件性能的目的，但对于亮度的改善效果均受限制过多，提升的效果不明显。

发明内容

本发明提供一种发光器件及其制备方法，解决现有技术通过提升晶体质量和单层材料的性能来改善亮度效果不明显的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种发光器件，包括衬底材料，其特殊之处在于，还包括设置于衬底材料上的N型基础材料，生长于N型基础材料上的量子阱结构，生长于量子阱结构上的P型基础材料，生长于P型基础材料上的接触层，接触层上设置有P电极，N型基础材料上设置有N电极，量子阱结构表面为凹凸不平。

上述N型基础材料和量子阱结构之间还生长有电子缓冲层或者应力释放层或者电子缓冲层和应力释放层同时存在。

上述量子阱结构和P型基础材料之间还生长有电子阻挡层或者空穴注入层或者电子阻挡层、空穴注入层同时存在。

一种发光器件的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1】对位于衬底材料表面的N型基础材料进行化学或者物理处理，使N型基础材料表面产生孔洞或者微粗化结构；

2】在经过步骤1】处理后的N型基础材料表面继续生长N型基础材料或者非掺材料，生长速率控制在0-20nm/min，厚度为0-500nm；N型基础材料或者非掺材料将延续此孔洞表面形状或微粗化结构；

3】在步骤2】生长结束后继续生长量子阱结构，量子阱结构将延续此孔洞表面形状或微粗化结构；生长速率为0.1-30nm/min,量子阱结构的厚度控制在1-500nm；

4】在步骤3】中量子阱结构生长结束后，在量子阱结构表面继续外延一层P型基础材料或者非掺材料；生长速率控制在0-20nm/min，厚度0-50nm；

5】在P型基础材料或者非掺材料生长结束后，按照常规方式依次进行P型基础材料，P重掺层，接触层的外延层生长。

上述步骤2】中的N型基础材料或者非掺材料可以与步骤1】中的N型基础材料的材料类型相同或相异。

上述在步骤3】中生长的量子阱结构是掺杂材料或非掺材料。

在进行步骤2】之后，步骤3】之前生长电子缓冲层或者应力释放层或者电子缓冲层和应力释放层同时存在，生长速率控制在0.1nm/min-20nm/min。

在进行步骤3】之后，步骤4】之前，生长电子阻挡层或者空穴注入层或者电子阻挡层、空穴注入层同时存在，生长速率控制在0.1nm/min-20nm/min。

本发明的有益效果：

（1）与现有技术相比，本发明可以提高晶体质量和降低位错密度，增加的多量子阱结构发光面积，可以明显提高单位面积的发光效率；该制备方法工艺简单，对材料的晶体质量提升和亮度提升效果明显。

（2）对于粗化后的基础材料在生长量子阱结构之前需要进行预处理工作来达到提高量子阱生长质量和提高发光面积的效果。对此工艺经过反复的摸索，得到了最优化的生长速率选择，比如太高的生长速率不利于本专利效能的发挥。经过本专利的优化组合和创造性地劳动，达到了以上效果的叠加，对于LED的亮度提升提出了革命性的方法。

附图说明

图1为现有技术中常用的发光器件结构设计；

图2为本发明的发光器件结构示意图。

其中：1-P电极；2-N电极；3-接触层；4-P型基础材料；5-量子阱结构；6-N型基础材料；7-衬底材料。

具体实施方式

本发明的发光器件结构如图2所示，包括设置于衬底材料7上的N型基础材料6，生长于N型基础材料6上的量子阱结构5，生长于量子阱结构5上的P型基础材料4，生长于P型基础材料4上的接触层3，接触层3上设置有P电极1，N型基础材料6上设置有N电极2，量子阱结构5表面为凹凸不平。

较佳的，N型基础材料6和量子阱结构5之间还生长有电子缓冲层或者应力释放层或者电子缓冲层和应力释放层同时存在。

较佳的，量子阱结构5和P型基础材料4之间还生长有电子阻挡层或者空穴注入层或者电子阻挡层、空穴注入层同时存在。

实施例1：

该发光器件的制备方法如下：

1】对位于衬底材料7表面的N型基础材料6进行化学或者物理处理，使N型基础材料6表面产生孔洞或者微粗化结构；现有技术中有很多化学处理方法可以产生孔洞，也有很多物理处理方法可以产生微粗化结构；在此不做赘述；2】在经过步骤1】处理后的N型基础材料6表面继续生长N型基础材料，生长速率控制在20nm/min，厚度为500nm；N型基础材料将延续此孔洞表面形状或微粗化结构；3】在步骤2】生长结束后继续生长量子阱结构5，量子阱结构5将延续此孔洞表面形状或微粗化结构；生长速率为1nm/min，厚度为5nm；4】在步骤3】中量子阱结构5生长结束后，在量子阱结构5表面继续外延一层P型基础材料4；生长速率控制在20nm/min，厚度50nm；5】在步骤4】中的P型基础材料4生长结束后，按照常规本领域技术人员公知的方式依次进行P型基础材料4，P重掺层，接触层3的外延层生长。

经过上述步骤制成的发光器件，其亮度提高30%以上。

步骤2】中的N型基础材料或者非掺材料可以与步骤1】中的N型基础材料的材料类型相同或相异。

在步骤3】中生长的量子阱结构5是非掺材料，例如GaN/InGaN或者AlGaN/AlInGaN，也可以是掺杂材料。较佳的，在生长量子阱结构5前后可以插入其他的功能层以实现对应的功能需求，但该功能层的生长速率需要控制在0.1-20nm/min。

例如，在进行步骤2】之后，步骤3】之前生长应力释放层，生长速率控制在5nm/min。

又例如，在进行步骤3】之后，步骤4】之前生长空穴注入层，生长速率控制在10nm/min。

生产过程中，上述步骤2也可以省略，直接生长量子阱结构，但是保留步骤2】更有利于后续其它层的生长。

实施例2：

该发光器件的制备方法如下：

1】对位于衬底材料7表面的N型基础材料6进行化学或者物理处理，使N型基础材料6表面产生孔洞或者微粗化结构；现有技术中有很多化学处理方法可以产生孔洞，也有很多物理处理方法可以产生微粗化结构；在此不做赘述；2】在经过步骤1】处理后的N型基础材料6表面继续生长非掺材料，生长速率控制在10nm/min，厚度为200nm；N型基础材料或者非掺材料将延续此孔洞表面形状或微粗化结构；3】在步骤2】生长结束后继续生长量子阱结构5，量子阱结构5将延续此孔洞表面形状或微粗化结构；生长速率为30nm/min，厚度为500nm；4】在步骤3】中量子阱结构5生长结束后，在量子阱结构5表面继续外延一层非掺材料；生长速率控制在10nm/min，厚度50nm；5】在步骤4】中的P型基础材料4生长结束后，按照常规本领域技术人员公知的方式依次进行P型基础材料4，P重掺层，接触层3的外延层生长。

经过上述步骤制成的发光器件，其亮度提高30%左右。

还可以在进行步骤2】之后，步骤3】之前生长电子缓冲层，生长速率控制在10nm/min。

还可以在进行步骤3】之后，步骤4】之前生长电子阻挡层，生长速率控制在20nm/min。

生产过程中，上述步骤4】可以省略，但是保留步骤4】更有利于后续其它层的生长。

实施例3：

该发光器件的制备方法如下：

1】对位于衬底材料7表面的N型基础材料6进行化学或者物理处理，使N型基础材料6表面产生孔洞或者微粗化结构；现有技术中有很多化学处理方法可以产生孔洞，也有很多物理处理方法可以产生微粗化结构；在此不做赘述；2】在经过步骤1】处理后的N型基础材料6表面继续生长非掺材料，生长速率控制在4nm/min，厚度为50nm；非掺材料将延续此孔洞表面形状或微粗化结构；3】在步骤2]生长结束后继续生长量子阱结构5，量子阱结构5将延续此孔洞表面形状或微粗化结构；生长速率为2nm/min，厚度为150nm；4】在步骤3】中量子阱结构5生长结束后，在量子阱结构5表面继续外延一层非掺材料；生长速率控制在10nm/min，厚度25nm；5】在步骤4】中的非掺材料生长结束后，按照常规本领域技术人员公知的方式依次进行P型基础材料4，P重掺层，接触层3的外延层生长。

经过上述步骤制成的发光器件，其亮度提高50%以上。

Claims

1.一种发光器件，包括衬底材料，其特征在于，还包括设置于衬底材料上的N型基础材料，生长于N型基础材料上的量子阱结构，生长于量子阱结构上的P型基础材料，生长于P型基础材料上的接触层，接触层上设置有P电极，N型基础材料上设置有N电极，量子阱结构表面为凹凸不平。

2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，N型基础材料和量子阱结构之间还生长有电子缓冲层或者应力释放层或者电子缓冲层和应力释放层同时存在。

3.根据权利要求1或2所述的发光器件，其特征在于，量子阱结构和P型基础材料之间还生长有电子阻挡层或者空穴注入层或者电子阻挡层、空穴注入层同时存在。

4.一种发光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的发光器件的制备方法，其特征在于，步骤2】中的N型基础材料或者非掺材料与步骤1】中的N型基础材料的材料类型相同或相异。

6.根据权利要求5所述的发光器件的制备方法，其特征在于，在步骤3】中生长的量子阱结构是掺杂材料或非掺材料。

7.根据权利要求6所述的发光器件的制备方法，其特征在于，在进行步骤2】之后，步骤3】之前生长电子缓冲层或者应力释放层或者电子缓冲层和应力释放层同时存在，生长速率控制在0.1nm/min-20nm/min。

8.根据权利要求6或7所述的发光器件的制备方法，其特征在于，在进行步骤3】之后，步骤4】之前，生长电子阻挡层或者空穴注入层或者电子阻挡层、空穴注入层同时存在，生长速率控制在0.1nm/min-20nm/min。