一种基于GaN外延片结构的制作方法

一种基于gan外延片结构
技术领域
[0001]
本发明涉及二极管led外延芯片领域，特别涉及一种基于gan外延片结构。


背景技术：

[0002]
gan是一种新型半导体发光器件，具有发射蓝光紫光、高温、高频、高压和耐酸、碱腐蚀、导热性等特点，是继gaas之后最为重要的半导体材料。由于gan器件的功率密度较高，因此可以提供更大的宽带、更高的增益，还可以提高光率。gan器件用于发光二极管，蓝、紫色激光器、紫外探测器、电子器件等。gan基led主要采用碳化硅作为衬底，碳化硅具有化学稳定性好、导热性好、不吸收可见光等。常见的gan基led外延芯片结构包括衬底、n型半导体层、多量子阱有源层、p型半导体层、透明层和p、n极等。au纳米粒子具有出色的金属发射率特性。尽管ingan基蓝绿光led在商业上已经取得了成功，但是inn和gan之间存在着很大的晶格失配的问题，导致ingan/gan量子阱中存在着很大的压应力，这些量子阱的局域限制效果较差，很容易降低发光效率。而且，压应力会影响量子阱中in的有效合并，使其难以形成晶体质量良好的in组份的量子阱，从而使得长波长绿光led的效率低于蓝光led，发光效率下降。


技术实现要素：

[0003]
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于gan外延片结构。所述基于gan外延片结构能够提高gan外延芯片结构的发光效率。
[0004]
本发明提出一种具有上述自动化功能的基于gan外延片结构。包括：衬底层，所述衬底层由sic材料制成；缓冲层，所述缓冲层与所述衬底层连接；n型半导体层，所述n型半导体层与所述缓冲层连接，所述n型半导体层由gan材料制成；量子阱层，所述量子阱层与所述n型半导体层连接，所述量子阱层由ingan和gan材料制成；p型半导体层，所述p型半导体层与所述量子阱层连接，所述p型半导体层由gan材料制成；ito层，所述ito层与所述p型半导体层连接。
[0005]
根据本发明实施例的基于gan外延片结构，至少具有如下技术效果:所述基于gan外延片结构能够提高gan外延芯片结构的发光效率。
[0006]
根据本发明实施例的基于gan外延片结构，还包括au纳米粒子薄膜，所述au纳米粒子薄膜设置于所述p型半导体层和所述ito层之间。所述p型半导体层和所述au纳米粒子薄膜的接触面为平整的层状结构。所述au纳米粒子薄膜的au纳米粒子具有局域表面等离子体增强效应，能够提高空穴浓度，同时可以抑制缺陷发光，并且对光具有较好的发射率，可以大幅度提供所述p型半导体层对光的发射效率，提高led的光率，所述au纳米粒子薄膜的au纳米粒子有利于降低p型半导体层的电阻，提高空穴的注入效率。
[0007]
根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述n型半导体层包括未掺杂n-gan层和有掺杂的u-gan层，所述缓冲层、所述u-gan层、所述n-gan层和所述量子阱层依次连接。
[0008]
根据本发明实施例的基于gan外延片结构，还包括p电极和n电极，所述p电极从所
述ito层的一端引出，所述n电极从所述n-gan层的下端引出。
[0009]
根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述缓冲层由algan材料制成，所述缓冲层添加用于诱导所述缓冲层从二维生长转向三维生长mg元素。mg元素可以诱导所述缓冲层的algan材料从二维生长转向三维生长，而所述n-gan可以起到隔断的作用，避免所述缓冲层中掺杂mg元素影响所述n型半导体层中的电子注入导致复合发光，所述ito层的目的是导电并与所述p电极连接，所述ito层对光无吸收作用。
[0010]
根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述p型半导体层的厚度设置在300至500nm之间。
[0011]
根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述量子阱层的厚度设置在200至400nm之间。
[0012]
根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述n-gan层和所述u-gan层的厚度均设置在300至500nm之间。
[0013]
根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述缓冲层的厚度设置在250至450nm之间。
[0014]
根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述衬底层的厚度设置在400至500nm之间。所述衬底层化学性质稳定，导电能力好，导热性好，不吸收可见光等诸多性能，sic导电性能和导热性能，不需要像蓝宝石衬底上功率型氮化镓led器件采用倒装焊接技术解决散热问题，而是采用上下电极结构，解决功率型氮化镓led器件的散热难的问题。
[0015]
根据本发明实施例的基于gan外延片结构，gan外延芯片的制备过程首先是将sic衬底放入金属有机化学气相沉积炉中，再通入ⅲ、ⅱ族金属元素的烷基化合物蒸汽与非金属(v或
ⅵ
族金属元素)的氢化物气体，在高温下，发生热解反应，生成
ⅲ-ⅴ
族化合物沉积在衬底上，生长出一层厚度仅仅只有几微米的化合物半导体外延层，再对其进行设计、加工、光刻和包装等，即完成了基于gan的外延芯片结构。
[0016]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0017]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0018]
图1为本发明实施例的基于gan外延片结构正视图；
[0019]
图2为本发明实施例的基于gan外延片结构示意图；
[0020]
附图标记：
[0021]
衬底层101、缓冲层102、n型半导体层103、n-gan层104、u-gan层105、量子阱层106、p型半导体层107、ito层108、au纳米粒子薄膜109、p电极110、n电极111。
具体实施方式
[0022]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0023]
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0024]
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0025]
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0026]
参照图1和图2，本发明提出一种具有上述自动化功能的基于gan外延片结构。包括：衬底层101，所述衬底层101由sic材料制成；缓冲层102，所述缓冲层102与所述衬底层101连接；n型半导体层103，所述n型半导体层103与所述缓冲层102连接，所述n型半导体层103由gan材料制成；量子阱层106，所述量子阱层106与所述n型半导体层103连接，所述量子阱层106由ingan和gan材料制成；p型半导体层107，所述p型半导体层107与所述量子阱层106连接，所述p型半导体层107由gan材料制成；ito层108，所述ito层108与所述p型半导体层107连接。
[0027]
参照图1和图2，根据本发明实施例的基于gan外延片结构，至少具有如下技术效果:所述基于gan外延片结构能够提高gan外延片结构的发光效率。
[0028]
参照图1和图2，根据本发明实施例的基于gan外延片结构，还包括au纳米粒子薄膜109，所述au纳米粒子薄膜109设置于所述p型半导体层107和所述ito层108之间。所述p型半导体层107和所述au纳米粒子薄膜109的接触面为平整的层状结构。所述au纳米粒子薄膜109的au纳米粒子具有局域表面等离子体增强效应，能够提高空穴浓度，同时可以抑制缺陷发光，并且对光具有较好的发射率，可以大幅度提供所述p型半导体层107对光的发射效率，提高led的光率，所述au纳米粒子薄膜109的au纳米粒子有利于降低p型半导体层107的电阻，提高空穴的注入效率。
[0029]
参照图1和图2，根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述n型半导体层103包括未掺杂n-gan层104和有掺杂的u-gan层105，所述缓冲层102、所述u-gan层105、所述n-gan层104和所述量子阱层106依次连接。
[0030]
参照图1和图2，根据本发明实施例的基于gan外延片结构，还包括p电极110和n电极110，所述p电极110从所述ito层108的一端引出，所述n电极111从所述n-gan层104的下端引出。
[0031]
参照图1和图2，根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述缓冲层102由algan材料制成，所述缓冲层102添加用于诱导所述缓冲层102从二维生长转向三维生长mg元素。mg元素可以诱导所述缓冲层的algan材料从二维生长转向三维生长，而所述n-gan层104可以起到隔断的作用，避免所述缓冲层102中掺杂mg元素影响所述n型半导体层103中的电子注入导致复合发光，所述ito层108的目的是导电并与所述p电极110连接，所述ito层108对光无吸收作用。
[0032]
参照图1和图2，根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述p型半导体层110的厚度设置在300至500nm之间。
[0033]
参照图1和图2，根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述量子阱层106的厚度设置在200至400nm之间。
[0034]
参照图1和图2，根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述n-gan层104和所述u-gan层105的厚度均设置在300至500nm之间。
[0035]
参照图1和图2，根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述缓冲层102的厚度设置在250至450nm之间。
[0036]
参照图1和图2，根据本发明实施例的基于gan外延片结构，所述衬底层101的厚度设置在400至500nm之间。所述衬底层101化学性质稳定，导电能力好，导热性好，不吸收可见光等诸多性能，sic导电性能和导热性能，不需要像蓝宝石衬底上功率型氮化镓led器件采用倒装焊接技术解决散热问题，而是采用上下电极结构，解决功率型氮化镓led器件的散热难的问题。
[0037]
根据本发明实施例的基于gan外延片结构，gan外延芯片的制备过程首先是将sic衬底放入金属有机化学气相沉积炉中，再通入ⅲ、ⅱ族金属元素的烷基化合物蒸汽与非金属(v或
ⅵ
族金属元素)的氢化物气体，在高温下，发生热解反应，生成
ⅲ-ⅴ
族化合物沉积在衬底上，生长出一层厚度仅仅只有几微米的化合物半导体外延层，再对其进行设计、加工、光刻和包装等，即完成了基于gan的外延芯片结构。
[0038]
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
[0039]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0040]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。