基于平面结构的Ⅲ族氮化物半导体发光二极管及其制备方法技术

基于平面结构的Ⅲ族氮化物半导体发光二极管，在衬底材料上分别设有氮化物半导体缓冲层、氮化物半导体有源层、氮化物半导体接触层，两连线电极被制备在氮化物半导体有源层同一侧的接触层上；该缓冲层的材质是氮化铝镓铟，单层或者变组分的多层结构；总厚度介于０．０１－１００μｍ之间；可以在生长中采取非有意掺杂、Ｎ型掺杂、或Ｐ型掺杂；所述有源发光层的材质是氮化铝镓铟，单层或者变组分的多层结构；总厚度介于０．００１－１０μｍ之间；所述接触层的材质是氮化铝镓铟，单层或者变组分的多层结构；总厚度介于０．００１－１０μｍ之间；所述电极是肖特基接触或者欧姆接触电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体发光二极管及其制备方法，特别是指基于平面结构的in 族氮化物半导体发光二极管及其制备方法。二
技术介绍
III族氮化物半导体(包括A1N， GaN， InN及其合金)为直接带隙半导体，禁带宽度涵 盖了从红外光到紫外光区域，具有较高的电子迁移率，优异的热稳定性和化学稳定性， 可以承受较强的电场，而且能够形成多种异质结构，可用来制造各种颜色的可见光发 光二极管，以及紫外发光二极管。用这类材料制造的固态发光二极管具有体积小，重 量轻，发光效率高，器件可靠性好，功耗低，易于调制和集成等优点。目前已经实现 商品化，然而在器件性能改善和成本优化方面还有很大余地。因此，III族氮化物半 导体发光二极管仍是世界范围内许多公司，大学及科研机构的研究热点。现有的III 族氮化物半导体发光二极管主要包括p-n结发光二极管，异质结发光二极管，量子阱 发光二极管等，均属垂直结构的III族氮化物半导体发光二极管。它们的制造通常需 要对氮化物发光材料进行有选择的刻蚀来暴露出电接触区域，这需要多步光刻，等离 子刻蚀等步骤，因而有相当高的制造成本；而且由于需要在p型和n型氮化物材料上 分别制作欧姆接触，工艺成本也因此进一步增加。同时，由于电极尺寸受到制备方面 的限制，难以做出大发光面积的二极管。最后，由于器件结构不对称，以上发光二极 管只能由直流电驱动，因此须在交流源与器件之间额外增加交流-直流转换电路，增 加了器件应用的成本。目前，成本较高正是III族氮化物半导体发光二极管还难以大 规模进入常规照明市场的主要原因。三
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于平面结构的III族氮化物半导体发光二极管及其制备方法，它能有效降低ni族氮化物半导体发光二极管的制造成本，便于制作大面积器件，便于器件大规模集成，而且基于该平面结构的发光二极管可以直接由交流 源驱动，因此勿须在交流源与器件之间额外增加转换电路，减少了器件应用的成本。本专利技术的技术解决方案是基于平面结构的III族氮化物半导体发光二极管，其结构是，在衬底材料上分别淀积有氮化物半导体缓冲层、氮化物半导体有源层、氮化物 半导体接触层；该缓冲层的材质是氮化铝镓铟(Alh-yGaxInyN)，其中0《X<1， 0《Y〈1; 单层或者变组分的多层结构；总厚度介于0.01-100ym之间；可以在生长中采取非有意掺杂、N型掺杂(如硅掺杂)、或P型掺杂(如镁掺杂)；所述有源发光层的材质是 氮化铝镓铟(Alh-yGaJriyN)，其中0《X<1, 0《Y〈1，；单层或者变组分的多层结构；总 厚度介于O. 001-10 ym之间；可以在生长中采取非有意掺杂、N型掺杂(如硅掺杂)、 或P型掺杂(如镁掺杂)；所述接触层的材质是氮化铝镓铟(Alh-yGaJnyN)，其中0 《X〈1, 0《Y〈1，；单层或者变组分的多层结构；总厚度介于0.001-10ym之间；可以在生长中采取非有意掺杂、N型掺杂(如硅惨杂)、或P型掺杂(如镁掺杂)；在氮化 物半导体接触层；所述电极是肖特基接触或者欧姆接触电极。将所制发光二极管的两个连线电极直接制备在发光二极管有源区的同一侧，不需要 通过刻蚀的方法暴露出发光二极管有源区另一侧的电接触区域。所制备的电极可以具有任意形状；所用电极材料一般为金属或其复合结构，但也可 以是其它电阻率小于l.OQ.cm的材料。本专利技术方法的技术方案包括如下步骤在蓝宝石或硅衬底上用化学气相沉积(CVD)的方法分别生长基于III族氮化物 半导体材料的缓冲层、有源发光层和接触层。在完成氮化物半导体薄膜结构生长的晶片的同一面直接制备发光二极管的两个 接触电极，所制备的电极可以具有任意形状；所用电极材料一般为金属或其复合结构， 但也可以是其它电阻率小于1. OQ . cm的材料。该缓冲层的材质是氮化铝镓铟(Alh-yGaJnyN)，其中0《X〈1， 0《Y〈1;单层或 者变组分的多层结构；总厚度介于0. 01-100y m之间；可以在生长中釆取非有意掺杂、 N型掺杂(如硅掺杂)、或P型掺杂(如镁掺杂)。有源发光层的材质是氮化铝镓铟(Alh-yGaJnyN)，其中0《X〈1, 0《Y〈1;单层 或者变组分的多层结构；总厚度介于0.001-10ym之间；可以在生长中采取非有意掺 杂、N型掺杂(如硅掺杂)、或P型掺杂(如镁掺杂)。接触层的材质是氮化铝镓铟(Alh-yGaJnyN)，其中0《X〈1， 0《Y〈1;单层或者 变组分的多层结构；总厚度介于0.001-10ym之间；可以在生长中采取非有意掺杂、N型掺杂(如硅掺杂)、或P型掺杂(如镁掺杂)。该发光二极管的两个接触电极在有源发光层的同一侧。本专利技术的特征在于将所制发光二极管的两个连线电极直接制备在发光二极管有源区的同一侧，不需要通过刻蚀的方法暴露出发光二极管有源区另一侧的电接触区 域。该专利技术的原理是(如下图)所制发光二极管有源区同一侧的电极1通过正向肖 特基接触导通或者欧姆接触导通的方式向有源区注入电子或空穴；同时，电极2通过 反向漏电或者载流子隧穿的方式向有源区注入与电极1电注入相对应的另一种载流 子；其结果是，电极1和电极2所分别注入的两种载流子在有源区中进行辐射复合而 发光。注以上叙述中提到的电极1和2只是相对而言，可以互换。该专利技术的有益效果在于1) 基于该平面结构的III族氮化物半导体发光二极管，由于电极都制作在有源 发光区的同一侧，因此不需要对外延结构进行选择性刻蚀来暴露出有源发光区另一侧的电接触区域；2) 由于两电极制作在同种掺杂接触层材料上，因此两电极可以采用相同的电极材料，不需要针对P型和n型接触分别制作不同材质的电极；3) 因为电极制作在有源发光区的同一侧，不受选择性刻蚀的限制，可以方便地 定义出诸如插指形的大面积图形的电极，适合制备大面积发光光源；4) 基于该平面结构的III族氮化物半导体发光二极管，由于接触电极的电学注入具有对称性，可以实现交流驱动。不需要在交流源与器件之间额外增加转换电路。本专利技术己经按照上述制备方法制造出了平面结构的III族氮化物半导体发光二极管，实现了预期颜色的可见光输出，可以满足多种色彩柔和照明的需要。四附图说明图1是现有的常规垂直结构III族氮化物半导体发光二极管的截面图2是现有的常规垂直结构III族氮化物半导体发光二极管的平面俯视图3是平面结构的III族氮化物半导体发光二极管的截面图4是平面结构的III族氮化物半导体发光二极管的平面俯视图。该图的电极 形状以插指形为例，也可为其他形状；图5是一平面结构的III族氮化物半导体发光二极管的发光光谱，其有源层为 InGaN材料，电极为插指形肖特基接触类型；图6是图5所述发光二极管的发光照片。五具体实施例方式进一步说明本专利技术的内容，以下结合实施例及附图对本专利技术做一详细的描述。其中参阅图l及图2所示，通常的垂直结构III族氮化物半导体发光二极管的制作过 程是1) 在蓝宝石或硅衬底上用化学气相沉积的方法分别生长基于III族氮化物半导 体材料的缓冲层、有源发光层和接触层；2) 通过刻蚀的方法暴露出发光二极管有源区另一侧的电接触区域，在图1、图2 中指刻出n型材料的电接触区域；3) 利用半导体工艺技术分别针对n型和p型材料在电接触区域制作n型层和p本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于平面结构的Ⅲ族氮化物半导体发光二极管，其特征是在衬底材料上分别设有氮化物半导体缓冲层、氮化物半导体有源层、氮化物半导体接触层，两连线电极被制备在氮化物半导体有源层同一侧的接触层上；该缓冲层的材质是氮化铝镓铟Ａｌ↓［１－ｘ－ｙ］Ｇａ↓［ｘ］Ｉｎ↓［ｙ］Ｎ，其中０≤Ｘ＜１，０≤Ｙ＜１；单层或者变组分的多层结构；总厚度介于０．０１－１００μｍ之间；可以在生长中采取非有意掺杂、Ｎ型掺杂、或Ｐ型掺杂；所述有源发光层的材质是氮化铝镓铟，其中０≤Ｘ＜１，０≤Ｙ＜１，；单层或者变组分的多层结构；总厚度介于０．００１－１０μｍ之间；可以在生长中采取非有意掺杂、Ｎ型掺杂、或Ｐ型掺杂；所述接触层的材质是氮化铝镓铟，其中０≤Ｘ＜１，０≤Ｙ＜１，；单层或者变组分的多层结构；总厚度介于０．００１－１０μｍ之间；可以在生长中采取非有意掺杂、Ｎ型掺杂、或Ｐ型掺杂；在氮化物半导体接触层；所述电极是肖特基接触或者欧姆接触电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆海，苗操，张荣，郑有炓，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]