CN208142209U - 一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED - Google Patents
一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED Download PDFInfo
- Publication number
- CN208142209U CN208142209U CN201820306274.7U CN201820306274U CN208142209U CN 208142209 U CN208142209 U CN 208142209U CN 201820306274 U CN201820306274 U CN 201820306274U CN 208142209 U CN208142209 U CN 208142209U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- diamond
- layer
- highly doped
- led
- sic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种准垂直结构p‑金刚石/i‑SiC/n‑金刚石LED,包括依次层叠设置的单晶金刚石衬底和p型硼高掺杂金刚石层,p型硼高掺杂金刚石层上方依次设置有i型碳化硅层、n型磷高掺杂金刚石层、欧姆接触电极和保护金属层,p型硼高掺杂金刚石层上方还依次设置有欧姆接触电极和保护金属层,解决了金刚石LED发光效率问题。
Description
【技术领域】
本实用新型属于半导体器件技术领域,具体涉及一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED。
【背景技术】
发光二极管(LED)具有高效率、长寿命、节能和环保等优点,目前广泛应用于指示灯、数码管、显示屏、信号灯和固态照明等领域。作为一种全新的照明技术,LED是利用半导体芯片作为发光材料、直接将电能转换为光能的发光器件。自20世纪60年代世界第一个半导体发光二极管诞生以来,LED照明由于具有寿命长、节能、色彩丰富、安全、环保的特性,被誉为人类照明的第三次革命。2014年诺贝尔物理学奖就授予给了蓝光LED的实用新型者,其所用材料为GaN。目前,LED的研究向着紫外和深紫外延伸。深紫外光是指波长100纳米到280纳米之间的光波,半导体深紫外光源在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大应用价值。深紫外LED除菌净化功能已日渐被广泛应用在医疗和健康领域,作为新一代紫外杀菌技术,具有无汞、安全环保和广泛的环境适应性等特点,属于物理广谱杀菌,无化学残留特性。与常见的用于照明的LED相比,深紫外LED在材料、工艺和应用方面有明显区别,其要求材料的禁带宽度比较大,氮化镓材料难以胜任,因此需要寻找合适的散热材料。此时,金刚石材料就是最佳的选择。金刚石的禁带宽度为5.5eV,载流子迁移率大,热导率最高,对深紫外到远红外光的透过性好,十分适合制备LED。一般而言,金刚石LED是p-金刚石/i-金刚石/n-金刚石结构,这种情况下,i层的发光波长与n层的吸收波长一致,会影响金刚石的发光效率。因此,需要寻求一种禁带宽度略窄的材料来做有源层,并且由于异质结的存在可以形成势阱,提高复合概率,从而提高发光效率。尽管减少n型磷高掺杂金刚石层的厚度能够减少光吸收,但是无法完全避免。因此,我们从能带结构入手,寻求一种禁带宽度略窄的材料来做有源层,从而稍微降低发光波长,使得n型磷高掺杂金刚石层不吸收i型碳化硅层发出的光,提高发光效率。并且由于异质结的存在可以形成势阱,有利于空穴和电子的积累,提高复合概率,也能提高发光效率。
【实用新型内容】
本实用新型的目的是提供一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED,以解决金刚石LED发光效率问题。
本实用新型所采取的技术方案是:一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED,其特征在于,包括依次层叠设置的单晶金刚石衬底和p型硼高掺杂金刚石层,p型硼高掺杂金刚石层上方依次设置有i型碳化硅层、n型磷高掺杂金刚石层、欧姆接触电极和保护金属层,p型硼高掺杂金刚石层上方还依次设置有欧姆接触电极和保护金属层。
进一步的,i型碳化硅层的厚度为1-100nm,缺陷密度小于1010cm-2。
进一步的,p型硼高掺杂金刚石层为硼掺杂层,掺杂浓度NA>1019cm-3,厚度为1-10μm。
进一步的,n型磷高掺杂金刚石层为磷掺杂层,掺杂浓度ND>1019cm-3,厚度为0.1-2μm。
进一步的,欧姆接触电极为能与金刚石形成碳化物或固溶体的金属。
进一步的,单晶金刚石衬底为本征、轻掺杂或者重掺杂。
进一步的,单晶金刚石衬底为高温高压衬底或CVD金刚石衬底,取向为(100)方向。
本实用新型具有以下有益效果:提供一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED及其制作方法,利用碳化硅作有源层,略微改变了发光波长,从而减少n型磷高掺杂金刚石层对光的吸收,同时异质结的存在能够在有源层形成载流子堆积,提高了发光效率。此外,金刚石材料具有优异的导热性能,可以改善器件的散热性能,提高晶体质量,减少窗口材料吸收,提高发光效率。
【附图说明】
图1是本实用新型实施例中准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED的示意图。
其中,1.单晶金刚石衬底;2.p型硼高掺杂金刚石层;3.i型碳化硅层;4.n型磷高掺杂金刚石层,5.欧姆接触电极,6.保护金属层。
【具体实施方式】
下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理做进一步说明。
本实用新型提供了一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED,包括依次层叠设置的单晶金刚石衬底1和p型硼高掺杂金刚石层2,p型硼高掺杂金刚石层2上方依次设置有i型碳化硅层3、n型磷高掺杂金刚石层4、欧姆接触电极5和保护金属层6,p型硼高掺杂金刚石层2上方还依次设置有欧姆接触电极5和保护金属层6。
i型碳化硅层3的厚度为1-100nm,缺陷密度小于1010cm-2。i层碳化硅3是LED的有源层,通过MPCVD技术外延生长实现,反应气体变为甲烷、氢气和硅烷,厚度为1-100nm,并且缺陷密度小于1010cm-2。
p型硼高掺杂金刚石层2为硼掺杂,通过MPCVD技术外延生长实现,反应气体采用甲烷、氢气和三甲基硼(TMB),掺杂浓度大于1019cm-3,厚度为1-10μm。
n型磷高掺杂金刚石层4为磷掺杂,通过MPCVD外延技术获得,掺杂浓度大于1019cm-3,厚度为0.1-2μm。
欧姆接触电极5采用钛、钨为Ti或W等能与金刚石形成碳化物或固溶体的金属,淀积在金刚石表面后,通过高温退火形成良好的欧姆接触。
为了防止氧化,在欧姆电极层上淀积保护金属金6,保护金属层6可以采用Au,Pd,Pt等惰性金属,用于防止欧姆接触电极5氧化,同时便于封装引线;
单晶金刚石衬底1可以是高温高压合成衬底,也可以是CVD合成衬底,还可以是自支撑金刚石薄膜,取向均为(100)方向;单晶金刚石衬底1的形状为矩形、圆形、椭圆形或者其他形状。单晶金刚石衬底1为本征或者轻掺杂或者重掺杂。
n型磷高掺杂金刚石层4上欧姆电极形状为网格形。p型硼高掺杂金刚石层2上欧姆电极为矩形、圆形、椭圆形或者其他形状。
利用ICP技术对n型磷高掺杂金刚石层4、i型碳化硅层3进行区域刻蚀,暴露出p型硼高掺杂金刚石层2,再在p型硼高掺杂金刚石层2上淀积欧姆接触电极5和保护金属层6。
本实用新型一种准垂直结构的p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED的制作方法为:首先,采用MPCVD方法在单晶金刚石衬底1上依次生长p型硼高掺杂金刚石层2,i型碳化硅层3和n型磷高掺杂金刚石层4;然后,利用ICP技术对n型磷高掺杂金刚石层4、i型碳化硅层3进行区域刻蚀,暴露出p型硼高掺杂金刚石层2;再在暴露出的p型硼高掺杂金刚石层2以及n型磷高掺杂金刚石层4上分别淀积欧姆接触电极5和保护金属6;
其中,外延生长I型碳化硅层3的生长条件为:选用气体CH4、H2和SiH4,气压为100-130Torr,气体流量为500sccm,CH4与H2的体积比为0.01%-10%,SiH4与CH4的体积比为0.5-1.5,单晶金刚石衬底1温度为850-1050℃。
实施例
如图1,一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED,单晶金刚石衬底1为高温高压合成的本征单晶金刚石,尺寸为3*3*0.3mm3。
采用MPCVD方法在该单晶金刚石衬底1表面外延生长5μm的p型硼高掺杂金刚石层2,其生长条件为:选用气体CH4、H2和TMB,气压均为80Torr,气体流量均为500sccm,CH4与H2的体积比为0.01%,TMB与CH4的体积比为100ppm,单晶金刚石衬底1的温度为900℃,最终得到的掺杂浓度为1019cm-3。MPCVD方法是微波等离子体化学气相沉积,TMB是三甲基硼。
再采用MPCVD方法在p型重掺杂层2上外延生长20nm本征i型碳化硅层3,生长条件为:选用气体CH4、H2和SiH4,气压均为100Torr,气体流量均为500sccm,CH4与H2的体积比为0.01%,SiH4与CH4的体积比为1,单晶金刚石衬底1温度为900℃。
再采用MPCVD方法在i型碳化硅层3上外延生长200nm的n型重磷掺杂金刚石层4,生长条件为:选用气体CH4、H2和PH3,气压均为100Torr,气体流量均为500sccm,CH4与H2的体积比为0.05%,PH3与CH4的体积比为300ppm,单晶金刚石衬底1温度为950℃,掺杂浓度为1019cm-3。
采用金属Al做掩膜,利用ICP技术对n型磷高掺杂金刚石层4和i型碳化硅层3选择性刻蚀,暴露出p型金刚石层5。最后在n型磷高掺杂金刚石层4上和p型层2上淀积30nm欧姆接触电极5Ti和100nm金属Au 6,在氩气环境中450℃下退火10min形成欧姆接触。
一般而言,金刚石LED是p-金刚石/i-金刚石/n-金刚石结构,这种情况下,i层的发光波长与n层的吸收波长一致,会影响金刚石的发光效率。因此,需要寻求一种禁带宽度略窄的材料来做有源层,并且由于异质结的存在可以形成势阱,提高复合概率,从而提高发光效率。尽管减少n型磷高掺杂金刚石层的厚度能够减少光吸收,但是无法完全避免。因此,我们从能带结构入手,寻求一种禁带宽度略窄的材料来做有源层,从而稍微降低发光波长,使得n型磷高掺杂金刚石层不吸收i型碳化硅层发出的光,提高发光效率。并且由于异质结的存在可以形成势阱,有利于空穴和电子的积累,提高复合概率,也能提高发光效率。
本实用新型采用SiC作为i型层,可以形成势阱,便于电子和空穴的积累,提高发光效率,同时可以稍微增加发光波长,提减少窗口层的吸收,提高出光效率。利用碳化硅作有源层,略微改变了发光波长,从而减少n型磷高掺杂金刚石层对光的吸收,同时异质结的存在能够在有源层形成载流子堆积,提高了发光效率。此外,金刚石材料具有优异的导热性能,可以改善器件的散热性能,提高晶体质量,减少窗口材料吸收,提高发光效率。
Claims (7)
1.一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED,其特征在于,包括依次层叠设置的单晶金刚石衬底(1)和p型硼高掺杂金刚石层(2),所述p型硼高掺杂金刚石层(2)上方依次设置有i型碳化硅层(3)、n型磷高掺杂金刚石层(4)、欧姆接触电极(5)和保护金属层(6),所述p型硼高掺杂金刚石层(2)上方还依次设置有欧姆接触电极(5)和保护金属层(6)。
2.如权利要求1所述的一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED,其特征在于,所述i型碳化硅层(3)的厚度为1-100nm,缺陷密度小于1010cm-2。
3.如权利要求1所述的一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED,其特征在于,所述p型硼高掺杂金刚石层(2)为硼掺杂层,掺杂浓度NA>1019cm-3,厚度为1-10μm。
4.如权利要求1所述的一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED,其特征在于,所述n型磷高掺杂金刚石层(4)为磷掺杂层,掺杂浓度ND>1019cm-3,厚度为0.1-2μm。
5.如权利要求1所述的一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED,其特征在于,所述欧姆接触电极(5)为能与金刚石形成碳化物或固溶体的金属。
6.如权利要求1所述的一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED,其特征在于,所述单晶金刚石衬底(1)为本征、轻掺杂或者重掺杂。
7.如权利要求1所述的一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED,其特征在于,所述单晶金刚石衬底(1)为高温高压衬底或CVD金刚石衬底,取向为(1 0 0)晶向。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201820306274.7U CN208142209U (zh) | 2018-03-06 | 2018-03-06 | 一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201820306274.7U CN208142209U (zh) | 2018-03-06 | 2018-03-06 | 一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN208142209U true CN208142209U (zh) | 2018-11-23 |
Family
ID=64288194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201820306274.7U Active CN208142209U (zh) | 2018-03-06 | 2018-03-06 | 一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN208142209U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108321271A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-07-24 | 西安交通大学 | 一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED及其制作方法 |
-
2018
- 2018-03-06 CN CN201820306274.7U patent/CN208142209U/zh active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108321271A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-07-24 | 西安交通大学 | 一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED及其制作方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rahman | Zinc oxide light-emitting diodes: a review | |
CN1251335C (zh) | 以氮化镓为基底的半导体发光装置及其制造方法 | |
CN104810455A (zh) | 紫外半导体发光器件及其制造方法 | |
CN103681996B (zh) | 一种紫外发光二极管及其制备方法 | |
CN105679910A (zh) | 一种高出光效率的深紫外发光二极管芯片及其制备方法 | |
CN110120448B (zh) | 一种基于金属掩膜衬底的氮化物led制作方法 | |
WO2022135304A1 (zh) | 纳米图形衬底上生长的AlInGaN紫外发光二极管及其制造方法 | |
KR20090058952A (ko) | 나노로드를 이용한 발광소자 및 그 제조 방법 | |
KR20110013325A (ko) | 나노 패턴화 기판 및 에피택시 구조체 | |
CN110808320B (zh) | 深紫外led结构及其制作方法 | |
CN111739989A (zh) | AlGaN基深紫外LED外延片及制备方法 | |
CN104022203A (zh) | 一种GaN基发光二极管结构及其制备方法 | |
KR101106629B1 (ko) | 금속/그래핀 투명전극을 포함하는 발광소자 및 이의 제조방법 | |
CN207868221U (zh) | 一种垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED | |
CN208142209U (zh) | 一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED | |
CN108321271A (zh) | 一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED及其制作方法 | |
CN204857768U (zh) | 紫外半导体发光器件 | |
CN108831971B (zh) | 一种具有倒装结构的紫外发光二极管 | |
CN108538981B (zh) | 一种发光二极管芯片及其制备方法 | |
CN108321262A (zh) | 一种垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED及其制作方法 | |
CN212323022U (zh) | AlGaN基深紫外LED外延片 | |
KR100531073B1 (ko) | 나노 바늘을 가지는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 | |
CN210092110U (zh) | 一种深紫外增强的SiC肖特基势垒型紫外探测器 | |
CN203596359U (zh) | 一种紫外发光二极管 | |
CN102255028B (zh) | 透明电极发光二极管及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |