专利名称：一种照明用氮化镓基发光二极管器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件中发光二极管技术领域，尤其涉及一种照明用 氮化镓基发光二极管器件。
背景技术：
如文献F.A. Ponce and D.P. Bour， Nitride-based semiconductors for blue and green light-emitting devices, Nature, 386 ( 1997) 351 禾卩文献Shuji Nakamura, Gerhard Fasol, "The Blue Laser Diode, —GaN based light emitters and lasers", Springer-Verlage Berlin Heidelberg, New York, (1997)所述，在徘徊了二十多年之后，GaN基半导体薄膜的生长于二十世纪九十年代初有 了飞速的发展。女口 文献 Shuji Nakamura， ef.a/. "Candela-class highbrightness InGaN/AlGaN double-heterostructure blue-light-emitting diodes, ^p/ /.尸/z;^丄e". 64(13): 1687-89， 1994 、 文献 Shuji Nakamura, ".a/. "InGaN-based multi-quantum-well-structure laser diodes", Jpn丄Appl, Phys. 35: L74-76, 1996禾卩文献F.Binet， ".a/. "Mechanisms of recombination in GaN photodetectors, J;^/.P/^.69(9): 1202-04， 1996所述，随着对P-GaN， InGaN研究的突破，用其化合物研制出了 GaN基蓝/绿光LED、 GaN基激 光二极管(LD)、 GaN基紫外探测器等。尽管GaN基LED已有部分产业化，但仍存在着大量的问题和有待改 进的地方。首先，由于现有n型InGaN的电子密度(1019/cm3)和迁移率 (100cm2/Vs)都远高于p型GaN (10力cm3和10cm2/Vs)，所以pn结的 耗尽层则基本上是存在于p型GaN —侧，这对以n型InGaN为有源层的 发光二极管来说是矛盾的，存在着大量的电子-空穴非辐射复合。因此，二 极管的发光效率很低。
其次，必需在低温(600°C-900°C)和氮气(N2)气氛下生长InGaN 有源层，而后继生长p型GaN则需要在高温(1050°C)和氢气(H2)气 氛中进行，这就造成了一个很大的温度切换(约400。C温差)、 一个很大 的气流扰动(环境气氛切换)和一个大的晶格失配。因此，在二极管中很 难形成优质的pn异质结。发明内容(一) 要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种照明用氮化镓基发光二极 管器件，以提高二极管的发光效率，在二极管中形成优质的pn异质结。(二) 技术方案为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的-一种照明用氮化镓基发光二极管器件，该二极管器件包括 n型衬底(2);在n型衬底(2)上依次外延生长的n型GaN基化合物(4)和p型 InGaN有源层(7);在p型InGaN有源层(7)上制备的p型透明电极(9);和在n型衬底(2)的背面制备的n型电极(10)。该二极管器件在所述p型InGaN有源层(7)与p型透明电极(9)之 间进一步包括p型GaN基化合物(5)，该p型GaN基化合物(5)在n 型衬底(2)上按照n型GaN基化合物(4)、 p型InGaN有源层(7)和p 型GaN基化合物(5)的顺序依次外延生长而成，并在p型GaN基化合物 (5)上制备p型透明电极(9)。该二极管器件在所述p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4) 之间进一步包括n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在 n型衬底(2)上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p 型InGaN有源层(7)和p型GaN基化合物(5)的顺序依次外延生长而 成。该二极管器件在所述p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4)之间进一步包括n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在 n型衬底(2)上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)和 p型InGaN有源层(7)的顺序依次外延生长而成。该二极管器件在所述p型InGaN有源层(7)与p型透明电极(9)之 间进一步包括p型GaN基化合物(5)，该p型GaN基化合物(5)在n 型衬底(2)上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p 型InGaN有源层(7)和p型GaN基化合物(5)的顺序依次外延生长而 成，并在p型GaN基化合物(5)上制备p型透明电极(9)。该二极管器件在p型InGaN有源层(7)上进一步包括n型GaN基 化合物(4)，该n型GaN基化合物(4)在n型衬底(2)上按照n型GaN 基化合物(4)、 p型InGaN有源层(7)和n型GaN基化合物(4)的顺 序依次外延生长而成，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将最外层的n 型GaN基化合物(4)局部去除，露出p型InGaN有源层(7)，在露出的 p型InGaN有源层(7)上制备p型电极(13)，在剩余未刻蚀的最外层n 型GaN基化合物(4)上制备n型透明电极(12)。该二极管器件进一步包括连接n型透明电极(12)与n型电极(10)， 它们与p型电极(13)形成两个pn异质结的并联；所述pn异质结为p型 InGaN有源层(7)与其两侧n型GaN基化合物(4)所形成的pn异质结。该二极管器件在p型InGaN有源层(7)与最外层n型GaN基化合物 (4)之间进一步包括n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6) 在n型衬底(2)上按照n'型GaN基化合物(4)、 p型InGaN有源层(7)、 n型InGaN有源层(6)和n型GaN基化合物(4)的顺序依次外延生长 而成，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将最外层n型GaN基化合物 (4)和次外层n型InGaN有源层(6)局部去除，露出p型InGaN有源 层(7)。该二极管器件进一步包括连接n型透明电极(12)与n型电极(10)， 它们与p型电极(13)形成pn异质结与pn同质结的并联，所述pn异质 结为p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4)所形成的pn异质 结，所述pn同质结为p型InGaN有源层(7)与n型InGaN有源层(6) 所形成的pn同质结。该二极管器件在p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4) 之间进一步包括n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在 n型衬底(2)上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p 型InGaN有源层(7)、 n型InGaN有源层(6)和n型GaN基化合物(4) 的顺序依次外延生长而成。该二极管器件在p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4) 之间进一步包括n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在 n型衬底(2)上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p 型InGaN有源层(7)和n型GaN基化合物(4)的顺序依次外延生长而 成，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将n型GaN基化合物(4)局部 去除，露出p型InGaN有源层(7)，在露出的p型InGaN有源层(7)上 制备p型电极(13)，在剩余未刻蚀的n型GaN基化合物(4)上制备n 型透明电极(12)。该二极管器件进一步包括连接n型透明电极(12)与n型电极(10)， 它们与p型电极(13)形成pn同质结与pn异质结的并联，所述pn同质 结为p型InGaN有源层(7)与n型InGaN有源层(6)所形成的pn同质 结，所述pn异质结为p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4) 所形成的pn异质结。该二极管器件在p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4) 之间进一步包括n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在 n型衬底(2)上按照n型GaN棊化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p 型InGaN有源层(7)、 n型InGaN有源层(6)和n型GaN基化合物(4) 的顺序依次外延生长而成，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将最外层 n型GaN基化合物(4)和次外层n型InGaN有源层(6)局部去除，露 出p型InGaN有源层(7)。该二极管器件在p型InGaN有源层(7)上进一步包括n型InGaN 有源层(6),该n型InGaN有源层(6)在n型衬底(2)上按照n型GaN 基化合物(4)、 p型InGaN有源层(7)和n型InGaN有源层(6)的顺序 依次外延生长而成，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将n型InGaN有 源层(6)局部去除，露出p型InGaN有源层(7)，在露出的p型InGaN 有源层(7)上制备p型电极(13)，在剩余未刻蚀的n型InGaN有源层(6) 上制备n型透明电极(12)。该二极管器件进一步包括连接n型透明电极(12)与n型电极(10)， 形成pn异质结与pn同质结的并联，所述pn异质结为p型InGaN有源层 (7)与n型GaN基化合物(4)所形成的pn异质结，所述pn同质结为p 型InGaN有源层(7)与n型InGaN有源层(6)所形成的pn同质结。该二极管器件在p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4) 之间进一步包括n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在 n型衬底(2)上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p 型InGaN有源层(7)和n型InGaN有源层(6)的顺序依次外延生长而 成。该二极管器件进一步包括连接n型透明电极(12)与n型电极(10)， 它们与p型电极(13)形成两个pn同质结的并联，所述pn同质结为p型 InGaN有源层(7)与其两侧n型InGaN有源层(6)所形成的pn同质结。该二极管器件在n型InGaN有源层(6)上进一步包括n型GaN基 化合物(4)，该n型InGaN基化合物(4)在n型衬底(2)上按照n型 GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源层(7)、 n 型InGaN有源层(6)和n型GaN基化合物(4)的顺序依次外延生长而 成，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将最外层n型GaN基化合物(4) 和次外层n型InGaN有源层(6)局部去除，露出p型InGaN有源层(7)。该二极管器件进一步包括连接n型透明电极(12)与n型电极(10)， 它们与p型电极(13)形成两个pn同质结的并联，所述pn同质结为p型 InGaN有源层(7)与其两侧n型InGaN有源层(6)所形成的pn同质结。所述n型衬底(2)为包括n型碳化硅SiC、 n型砷化镓GaAs或n型 硅Si三者之一；所述n型电极(10)为反射型的n型电极，或为透明的n 型电极。所述n型GaN基化合物(4)为n型GaN、 n型AlGaN或n型InGaN 三种化合物的任意一种，或者为n型GaN、 n型AlGaN或n型InGaN三 种化合物的任意组合，所述n型GaN基化合物(4)的禁带宽度大于n型 InGaN有源层(6)和p型InGaN有源层(7)的禁带宽度。
所述p型GaN基化合物(5)为p型GaN、 p型AlGaN或p型InGaN 三种化合物的任意一种，或者为p型GaN、 p型AlGaN或p型InGaN三 种化合物的任意组合，所述p型GaN基化合物(5)的禁带宽度大于p型 InGaN有源层(7)和n型InGaN有源层(6)的禁带宽度。所述p型InGaN有源层(7)发出的光子能量与其能带间隙相对应， 即Eg-hc/X，其中Eg为禁带宽度，h为普朗克常数，c为光速，X为波长， 该p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4)接触形成pn异质结， 与相同组份的n型InGaN有源层(6)接触形成pn同质结，所述p型InGaN 有源层(7)的禁带宽度小于n型GaN基化合物(4)和p型GaN基化合 物(5)的禁带宽度。所述n型InGaN有源层(6)发出的光子能量与其带隙相对应，即 Eg=hc/X，其中Eg为禁带宽度，h为普朗克常数，c为光速，人为波长，该 n型InGaN有源层(6)与p型GaN基化合物(5)接触形成pn异质结， 与相同组份的p型InGaN有源层(7)接触形成pn同质结，所述n型InGaN 有源层(6)的禁带宽度小于n型GaN基化合物(4)和p型GaN基化合 物(5)的禁带宽度。对于含有单个pn结的器件，所述pn异质结界面的制备工艺为降温过 程，所述pn同质结界面的制备工艺为温度无变化过程；对于含有两个pn结的器件，所述pn结界面的制备工艺中至少有一个 pn结界面的制备工艺为降温、或无温度变化过程。(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果 1、利用本发明，可以使pn结电子-空穴复合发光区与整个耗尽层基本 重合。由于n型GaN中电子的浓度和迁移率远远大于p型InGaN中空穴 的浓度和迁移率，故电子从n型GaN向p型InGaN的扩散要远多于空穴 从p型GaN向n型InGaN的扩散，pn结耗尽层主要存在于p型InGaN — 侧，因此选择p型InGaN为有源区，从而使电子-空穴复合发光区与耗尽 层相一致，使发光区扩大了数倍，提高了电子-空穴的复合效率，进而提高 了 pn结GaN基LED器件的发光效率。2、 利用本发明，可以有效避免pn结界面上的In组份逃逸。在通常的 低温(600°C-900。C) n型InGaN生长向高温U050。C) p型GaN生长的 升温转换中，很难避免In组份的逃逸，但在本发明中将pn结选择在由n 型GaN生长向p型InGaN生长的降温过程中，其In组份逃逸情况可大为 改善，能够在二极管中形成优质的pn异质结。3、 利用本发明，可避免pn结界面上的晶格失配。通常InGaN与GaN 的晶格失配高达12%，因此会引出许多失配位错和穿越位错，但在本发明 中选择由n型InGaN向p型InGaN的同质结，其情况可大为改善，能够 在二极管中形成陡哨的、无失配位错的pn同质结。4、 利用本发明，增加了GaN基LED的pn结个数。由于目前的GaN 基LED器件是由单个pn结构成，因此它的功率在芯片面积不变的情况下 很难有所提高。而在n型衬底上外延生长n-p-n结构，相应制备出各自的 电极，并使两个pn结并联，则可在相同芯片尺寸下成倍地提高GaN基发 光二极管功率。5、 利用本发明，改善了 GaN基LED的白光光谱特性。由于目前的 GaN基LED白光光谱是由一个窄蓝光峰和一个宽的荧光粉黄光峰叠加而 成，因此它的白光光谱是一有起伏的曲线，蓝光峰越窄，这种起伏越大， 白光光谱越差。而以p型InGaN为有源区所构成pn同质结和pn异质结， 能够产生较宽的蓝光峰，两个较宽峰的叠加就可以形成较为平坦的白光光 谱，这在色度学上极为重要。另一方面，较宽的蓝光峰对激发荧光粉也较 为有效，从而可以提高荧光粉对蓝光光子的转化效率，改善GaN基LED 的白光光谱特性。
图1为本发明提供的第一种类型照明用氮化镓基发光二极管器件结构 的示意图；图2为本发明提供的第二种类型照明用氮化镓基发光二极管器件结构 的示意图；图3为本发明提供的第三种类型照明用氮化镓基发光二极管器件结构 的示意图4为本发明提供的第四种类型照明用氮化镓基发光二极管器件结构 的示意图；图5为本发明提供的第五种类型照明用氮化镓基发光二极管器件结构的示意图；图6为本发明提供的第六种类型照明用氮化镓基发光二极管器件结构 的示意图；图7为本发明提供的第七种类型照明用氮化镓基发光二极管器件结构 的示意图；图8为本发明提供的第八种类型照明用氮化镓基发光二极管器件结构 的示意图；图9为本发明提供的第九种类型照明用氮化镓基发光二极管器件结构 的示意图；图10为本发明提供的第十种类型照明用氮化镓基发光二极管器件结 构的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。如图1所示，图1为本发明提供的第一种类型照明用氮化镓基发光二 极管器件结构的示意图，该二极管器件为pn单异质结GaN基LED器件， 具体包括n型衬底(2);在n型衬底(2)上依次外延生长的n型GaN 基化合物(4)和p型InGaN有源层(7);在p型InGaN有源层(7)上 制备的p型透明电极(9);和在n型衬底(2)的背面制备的n型电极(10)。制备所述第一种类型照明用氮化镓基发光二极管器件，是在n型衬底 (2)上依次外延生长n型GaN基化合物(4)和p型InGaN有源层(7)， 在p型InGaN有源层(7)上制备大面积的p型透明电极(9)、以及接线 柱；然后在n型衬底(2)的背面制备n型电极(10)。如图2所示，图2为本发明提供的第二种类型照明用氮化镓基发光二 极管器件结构的示意图，该二极管器件为ppn双异质结GaN基LED器件。
该二极管器件是在图1所述第一种类型的照明用氮化镓基发光二极管器件的基础上进一步包括p型GaN基化合物(5)的器件，即在图l所述第一 种类型照明用氮化镓基发光二极管器件的p型InGaN有源层(7)与p型 透明电极(9)之间进一步包括p型GaN基化合物(5)。所述p型GaN基化合物(5)是在n型衬底(2)上按照n型GaN基 化合物(4)、 p型InGaN有源层(7)和p型GaN基化合物(5)的顺序 依次外延生长而成，并在p型GaN基化合物(5)上制备p型透明电极(9)。制备所述第二种类型照明用氮化镓基发光二极管器件，是在n型衬底 (2)上依次外延生长n型GaN基化合物(4)、 p型InGaN有源层(7) 和p型GaN基化合物(5),在p型GaN基化合物(5)上制备大面积的p 型透明电极(9)、以及接线柱；然后在n型衬底(2)的背面制备n型电 极(10)。如图3所示，图3为本发明提供的第三种类型照明用氮化镓基发光二 极管器件结构的示意图，该二极管器件为双侧限制的pn同质结GaN基 LED器件。该二极管器件是在图2所述第二种类型照明用氮化镓基发光二极管器 件的基础上进一步包括n型InGaN有源层(6)的器件，即在图2所述第 一种类型照明用氮化镓基发光二极管器件的p型InGaN有源层(7)与n 型GaN基化合物(4)之间进一步包括n型InGaN有源层(6)。所述n型 InGaN有源层(6)在n型衬底(2)上按照n型GaN基化合物(4)、 n型 InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源层(7)和p型GaN基化合物(5)的 顺序依次外延生长而成，并在p型GaN基化合物(5)上制备p型透明电 极(9)。制备所述第三种类型照明用氮化镓基发光二极管器件，是在n型衬底 (2)上依次外延生长n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、p型InGaN有源层(7)和p型GaN基化合物(5)，在p型GaN基化合物 (15)上制备p型透明电极(9)、以及接线柱；然后在n型衬底(2)的背面制备n型电极(10)。
如图4所示，图4为本发明提供的第四种类型照明用氮化镓基发光二极管器件结构的示意图，该二极管器件为单侧限制的pn同质结GaN基 LED器件。该二极管器件是在图1所述第一种类型照明用氮化镓基发光二极管器 件的基础上进一步包括n型InGaN有源层(6)的器件，即在图1所述第 一种类型照明用氮化镓基发光二极管器件的n型GaN基化合物(4)与p 型InGaN有源层(7)之间进一步包括n型InGaN有源层(6)。所述n型 InGaN有源层(6)在n型衬底(2)上按照n型GaN基化合物(4)、 n型 InGaN有源层(6)和p型InGaN有源层(7)的顺序依次外延生长而成。制备所述第四种类型照明用氮化镓基发光二极管器件，是在n型衬底 (2)上依次外延生长n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6) 和p型InGaN有源层(7)，在p型InGaN有源层(7)上制备大面积的p 型透明电极(9)、以及接线柱；然后在n型衬底(2)的背面制备n型电 极(10)。如图5所示，图5为本发明提供的第五种类型照明用氮化镓基发光二 极管器件结构的示意图，该二极管器件为两个pn异质结并联大功率GaN 基LED器件。该二极管器件是在图1所述第一种类型照明用氮化镓基发 光二极管器件的基础上进一步包括n型GaN基化合物(4)的器件，即在 图1所述第一种类型照明用氮化镓基发光二极管器件的p型InGaN有源层 (7)上进一步包括n型GaN基化合物(4)。所述n型GaN基化合物(4)是在n型衬底(2)上按照n型GaN基 化合物(4)、 p型InGaN有源层(7)和n型GaN基化合物(4)的顺序 依次外延生长而成，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将最外层的n型 GaN基化合物(4)局部去除，露出p型InGaN有源层(7)，在露出的p 型InGaN有源层(7)上制备p型电极(13)，在剩余未刻蚀的最外层n型 GaN基化合物(4)上制备n型透明电极(12)。制备所述第三种类型照明用氮化镓基发光二极管器件，是在n型衬底 (2)上依次外延生长n型GaN基化合物(4)、 p型InGaN有源层(7) 和n型GaN基化合物(4)，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将最外
层的n型GaN基化合物(4)局部去除，露出p型InGaN有源层(7)，在 露出的p型InGaN有源层(7)上制备p型电极(13)，在剩余未刻蚀的最 外层n型GaN基化合物(4)上制备n型透明电极(12)、以及接线柱； 然后在n型衬底(2)的背面制备n型电极(10);并连接n型透明电极(12) 与n型电极(10)，它们与p型电极(13)形成两个pn异质结的并联；所 述pn异质结为p型InGaN有源层(7)与其两侧n型GaN基化合物(4) 所形成的pn异质结。如图6所示，图6为本发明提供的第六种类型照明用氮化镓基发光二 极管器件结构的示意图，该二极管器件为pn异质结和pn同质结并联的大 功率GaN基LED器件。该二极管器件是在图5所述第五种类型照明用氮 化镓基发光二极管器件的基础上进一步包括n型GaN基化合物(6)的器 件，即在图5所述第五种类型照明用氮化镓基发光二极管器件的p型InGaN 有源层(7)与最外层n型GaN基化合物(4)之间进一步包括n型InGaN 有源层(6)。所述n型InGaN有源层(6)是在n型衬底(2)上按照n型GaN基 化合物(4)、 p型InGaN有源层(7)、 n型InGaN有源层(6)和n型GaN 基化合物(4)的顺序依次外延生长而成，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的 方法，将最外层n型GaN基化合物(4)和次外层n型InGaN有源层(6) 局部去除，露出p型InGaN有源层(7)，在露出的p型InGaN有源层(7) 上制备p型电极(13)，在剩余未刻蚀的最外层n型GaN基化合物(4) 上制备n型透明电极(12)。制备所述第六种类型照明用氮化镓基发光二极管器件，是在n型衬底(2)上依次外延生长n型GaN基化合物(4)、 p型InGaN有源层(7)、 n型InGaN有源层(6)和n型GaN基化合物(4)，并采用干法刻蚀或湿 法腐蚀的方法，将最外层n型GaN基化合物(4)和次外层n型InGaN有 源层(6)局部去除，露出p型InGaN有源层(7)，在露出的p型InGaN 有源层(7)上制备p型电极(13)，在剩余未刻蚀的n型GaN基化合物(4)上制备n型透明电极(12)、以及接线柱；然后在n型衬底(2)的 背面制备n型电极(10);并连接n型透明电极(12)与n型电极(10)，
它们与p型电极(13)形成pn异质结与pn同质结的并联，所述pn异质 结为p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4)所形成的pn异质 结，所述pn同质结为p型InGaN有源层(7)与n型InGaN有源层(6) 所形成的pn同质结。。如图7所示，图7为本发明提供的第七种类型照明用氮化镓基发光二 极管器件结构的示意图，该二极管器件为pn同质结和pn异质结并联的大 功率GaN基LED器件。该二极管器件是在图5所述第五种类型照明用氮 化镓基发光二极管器件的基础上进一步包括ri型InGaN有源层(6)的器 件，即在图5所述第五种类型照明用氮化镓基发光二极管器件的p型InGaN 有源层(7)和n型GaN基化合物(4)之间进一步包括n型InGaN有源 层(6)。所述n型InGaN有源层(6)是在n型衬底(2)上按照n型GaN基 化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源层(7)和n型GaN 基化合物(4)的顺序依次外延生长而成，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的 方法，将最外层n型GaN基化合物(4)局部去除，露出p型InGaN有源 层(7)，在露出的p型InGaN有源层(7)上制备p型电极(13)，在剩余 未刻蚀的最外层n型GaN基化合物(4)上制备n型透明电极(12)。制备所述第七种类型照明用氮化镓基发光二极管器件，是在n型衬底 (2)上依次外延生长n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源层(7)和n型GaN基化合物(4)，并采用干法刻蚀或湿 法腐蚀的方法，将最外层n型GaN基化合物(4)局部去除，露出p型InGaN 有源层(7)，在露出的p型InGaN有源层(7)上制备p型电极(13)，在 剩余未刻蚀的最外层n型GaN基化合物(4)上制备n型透明电极(12)、 以及接线柱；然后在n型衬底(2)的背面制备n型电极(10);并连接n 型透明电极(12)与n型电极(10)，它们与p型电极(13)形成pn同质 结与pn异质结的并联，所述pn同质结为p型InGaN有源层(7)与n型 InGaN有源层(6)所形成的pn同质结，所述pn异质结为p型InGaN有 源层(7)与n型GaN基化合物(4)所形成的pn异质结。
如图8所示，图8为本发明提供的第八种类型照明用氮化镓基发光二极管器件结构的示意图，该二极管器件为两个pn同质结并联的大功率GaN 基LED器件。该二极管器件是在图6或图7所述照明用氮化镓基发光二极管器件的 基础上进一步包括n型InGaN有源层(6)的器件。当该二极管器件是在图6所述第六种类型照明用氮化镓基发光二极管 器件的基础上进一步包括n型InGaN有源层(6)的器件时，是在图6所 述第六种类型照明用氮化镓基发光二极管器件的p型InGaN有源层(7) 与n型GaN基化合物(4)之间进一步包括n型InGaN有源层(6)。当该二极管器件是在图7所述第七种类型照明用氮化镓基发光二极管 器件的基础上进一步包括n型InGaN有源层(6)的器件时，是在图7所 述第七种类型照明用氮化镓基发光二极管器件的p型InGaN有源层(7) 与最外层n型GaN基化合物(4)之间进一步包括n型InGaN有源层(6)。所述n型InGaN有源层(6)在n型衬底(2)上按照n型GaN基化 合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源层(7)、 n型InGaN 有源层(6)和n型GaN基化合物(4)的顺序依次外延生长而成，并采 用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将最外层n型GaN基化合物(4)和次外 层n型InGaN有源层(6)局部去除，露出p型InGaN有源层(7)。制备所述第八种类型照明用氮化镓基发光二极管器件，是在n型衬底 (2)上依次外延生长内层n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源区(6)、 p型InGaN有源区(7)、 n型InGaN有源区(6)和n型GaN基化合物(4)， 并釆用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将最外层n型GaN基化合物(4)和 次外层n型InGaN有源层(6)局部去除，露出p型InGaN有源层(7)， 在露出的p型InGaN有源层(7)上制备p型电极(13)，在剩余未刻蚀的 最外层n型GaN基化合物(4)上制备n型透明电极(12)、以及接线柱； 然后在n型衬底(2)的背面制备n型电极(10);并连接n型透明电极(12) 与n型电极(10)，它们与p型电极(13)形成两个pn同质结的并联，所述pn同质结为p型InGaN有源层(7)与其两侧n型InGaN有源 层(6)所形成的pn同质结。
如图9所示，图9为本发明提供的第九种类型照明用氮化镓基发光二极管器件结构的示意图，该二极管器件为pn异质结和pn同质结并联的大 功率GaN基LED器件。该二极管器件是在图1所述第一种类型照明用氮 化镓基发光二极管器件的基础上进一步包括n型InGaN有源层(6)的器 件，即在图l所述第一种类型照明用氮化镓基发光二极管器件的p型InGaN 有源层(7)上进一步包括n型InGaN有源层(6)。所述n型InGaN有源层(6)是在n型衬底(2)上按照n型GaN基 化合物(4)、 p型InGaN有源层(7)和n型InGaN有源层(6)的顺序依 次外延生长而成，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将n型InGaN有源 层(6)局部去除，露出p型InGaN有源层(7)，在露出的p型InGaN有 源层(7)上制备p型电极(13)，在剩余未刻蚀的n型InGaN有源层(6) 上制备n型透明电极(12)。制备所述第九种类型照明用氮化镓基发光二极管器件，是在n型衬底 (2)上依次外延生长n型GaN基化合物(4)、 p型InGaN有源层(7) 和n型InGaN有源层(6)，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将n型InGaN 有源层(6)局部去除，露出p型InGaN有源层(7)，在露出的p型InGaN 有源层(7)上制备p型电极(13)，在剩余未刻蚀的n型InGaN有源层(6) 上制备n型透明电极(12)、以及接线柱；然后在n型衬底(2)的背面制 备n型电极(10);并连接n型透明电极(12)与n型电极(10),它们与 p型电极(13)形成pn异质结与pn同质结的并联，所述pn异质结为p 型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4)所形成的pn异质结，所 述pn同质结为p型InGaN有源层(7)与n型InGaN有源层(6)所形成 的pn同质结。如图10所示，图IO为本发明提供的第十种类型照明用氮化镓基发光 二极管器件结构的示意图，该二极管器件为两个pn同质结并联的大功率 GaN基LED器件。该二极管器件是在图9所述第九种类型照明用氮化镓 基发光二极管器件的基础上进一步包括n型InGaN有源层(6)的器件， 即在图9所述第九种类型照明用氮化镓基发光二极管器件的p型InGaN有 源层(7)和n型GaN基化合物(4)之间进一步包括n型InGaN有源层(6) 。所述n型InGaN有源层(6)是在n型衬底(2)上按照n型GaN基 化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源层(7)和n型InGaN 有源层(6)的顺序依次外延生长而成，并釆用干法刻蚀或湿法腐蚀的方 法，将最外层n型InGaN有源层(6)局部去除，露出p型InGaN有源层(7) ，在露出的p型InGaN有源层(7)上制备p型电极(13)，在剩余未 刻蚀的n型InGaN有源层(6)上制备n型透明电极(12)。制备所述第十种类型照明用氮化镓基发光二极管器件，是在n型衬底 (2)上依次外延生长n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源层(7)和n型InGaN有源层(6)，并采用干法刻蚀或湿 法腐蚀的方法，将最外层n型InGaN有源层(6)局部去除，露出p型InGaN 有源层(7)，在露出的p型InGaN有源层(7)上制备p型电极(13)，在 剩余未刻蚀的n型InGaN有源层(6)上制备n型透明电极(12)、以及接 线柱；然后在n型衬底(2)的背面制备n型电极(10);并连接n型透明 电极(12)与n型电极(10)，它们与p型电极(13)形成两个pn同质结 的并联，所述pn同质结为p型InGaN有源层(7)与其两侧n型InGaN 有源层(6)所形成的pn同质结。另外，对于图1至图IO所述的十种类型的照明用氮化镓基发光二极 管器件而言，所述n型衬底(2)为包括n型碳化硅SiC、 n型砷化镓GaAs 或n型硅Si三者之一；所述n型电极(10)为反射型的n型电极，或为透 明的n型电极。所述n型GaN基化合物(4)为n型GaN、 n型AlGaN或n型InGaN 三种化合物的任意一种，或者为n型GaN、 n型AlGaN或n型InGaN三 种化合物的任意组合，所述n型GaN基化合物(4)的禁带宽度大于n型 InGaN有源层(6)和p型InGaN有源层(7)的禁带宽度。所述p型GaN基化合物(5)为p型GaN、 p型AlGaN或p型InGaN 三种化合物的任意一种，或者为p型GaN、 p型AlGaN或p型InGaN三
种化合物的任意组合，所述p型GaN基化合物(5)的禁带宽度大于p型 InGaN有源层(7)和n型InGaN有源层(6)的禁带宽度。所述P型InGaN有源层(7)为发光区，其发出的光子能量与其能带 间隙相对应，即Eg-hc/人，其中Eg为禁带宽度、h为普朗克常数、c为光 速、X为波长。该有源层(7)与n型GaN基化合物(4)接触形成pn异 质结，与相同组份的n型InGaN有源层(6)接触形成pn同质结，所述p 型InGaN有源层(7)的禁带宽度小于n型GaN基化合物(4)和p型GaN 基化合物(5)的禁带宽度。所述n型InGaN有源层(6)为发光区，其发出的光子能量与其能带 间隙相对应(Eg=hc/;U，该有源层(6)与p型GaN基化合物(5)接触形 成pn异质结，与相同组份的p型InGaN有源层(7)接触形成pn同质结， 所述n型InGaN有源层(6)的禁带宽度小于n型GaN基化合物(4)和 p型GaN基化合物(5)的禁带宽度。所述pn结界面的制备工艺，对于含有单个pn结的器件，pn异质结界 面的制备工艺为降温过程，pn同质结界面的制备工艺为温度无变化过程; 对于含有两个pn结的器件，其中至于有一个pn结界面的制备工艺为降温、 或无温度变化过程。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 己，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种照明用氮化镓基发光二极管器件，其特征在于，该二极管器件包括n型衬底(2)；在n型衬底(2)上依次外延生长的n型GaN基化合物(4)和p型InGaN有源层(7)；在p型InGaN有源层(7)上制备的p型透明电极(9)；和在n型衬底(2)的背面制备的n型电极(10)。
2、 根据权利要求1所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特征 在于，该二极管器件在所述p型InGaN有源层(7)与p型透明电极(9) 之间进一步包括p型GaN基化合物(5)，该p型GaN基化合物(5)在n型衬底(2) 上按照n型GaN基化合物(4)、 p型InGaN有源层(7)和p型GaN基化 合物(5)的顺序依次外延生长而成，并在p型GaN基化合物(5)上制 备p型透明电极(9)。
3、 根据权利要求2所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特征 在于，该二极管器件在所述p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4)之间进一步包括n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在n型衬底(2) 上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源 层(7)和p型GaN基化合物(5)的顺序依次外延生长而成。
4、 根据权利要求1所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特征 在于，该二极管器件在所述p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4)之间进一步包括-n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在n型衬底(2) 上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)和p型InGaN有 源层(7)的顺序依次外延生长而成。
5、 根据权利要求4所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特征 在于，该二极管器件在所述p型InGaN有源层(7)与p型透明电极(9) 之间进一步包括p型GaN基化合物(5)，该p型GaN基化合物(5)在n型衬底(2) 上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源 层(7)和p型GaN基化合物(5)的顺序依次外延生长而成，并在p型 GaN基化合物(5)上制备p型透明电极(9)。
6、 根据权利要求1所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特征 在于，该二极管器件在p型InGaN有源层(7)上进一步包括-n型GaN基化合物(4)，该n型GaN基化合物(4)在n型衬底(2) 上按照n型GaN基化合物(4)、 p型InGaN有源层(7)和n型GaN基化 合物(4)的顺序依次外延生长而成，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法， 将最外层的n型GaN基化合物(4)局部去除，露出p型InGaN有源层(7)， 在露出的p型InGaN有源层(7)上制备p型电极(13)，在剩余未刻蚀的 最外层n型GaN基化合物(4)上制备n型透明电极(12)。
7、 根据权利要求6所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特征 在于，该二极管器件进一步包括连接n型透明电极(12)与n型电极(10)，它们与p型电极(13) 形成两个pn异质结的并联；所述pn异质结为p型InGaN有源层(7)与其两侧n型GaN基化合 物(4)所形成的pn异质结。
8、 根据权利要求6所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特征 在于，该二极管器件在p型InGaN有源层(7)与最外层n型GaN基化合 物(4)之间进一步包括n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在n型衬底(2) 上按照n型GaN基化合物(4)、 p型InGaN有源层(7)、 n型InGaN有源 层(6)和n型GaN基化合物(4)的顺序依次外延生长而成，并采用干 法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将最外层n型GaN基化合物(4)和次外层n 型InGaN有源层(6)局部去除，露出p型InGaN有源层(7)。
9、 根据权利要求8所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特征 在于，该二极管器件进一步包括连接n型透明电极(12)与n型电极(10),它们与p型电极(13) 形成pn异质结与pn同质结的并联，所述pn异质结为p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4) 所形成的pn异质结，所述pn同质结为p型InGaN有源层(7)与n型InGaN 有源层(6)所形成的pn同质结。
10、 根据权利要求8所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特征 在于，该二极管器件在p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4) 之间进一步包括n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在n型衬底(2) 上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源 层(7)、 n型InGaN有源层(6)和n型GaN基化合物(4)的顺序依次 外延生长而成。
11、 根据权利要求6所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特征 在于，该二极管器件在p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4) 之间进一步包括n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在n型衬底(2) 上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源 层(7)和n型GaN基化合物(4)的顺序依次外延生长而成，并采用干 法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将n型GaN基化合物(4)局部去除，露出p 型InGaN有源层(7)，在露出的p型InGaN有源层(7)上制备p型电极 (13)，在剩余未刻蚀的n型GaN基化合物(4)上制备n型透明电极(12)。
12、 根据权利要求11所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特 征在于，该二极管器件进一步包括连接n型透明电极(12)与n型电极(10)，它们与p型电极(13) 形成pn同质结与pn异质结的并联，所述pn同质结为p型InGaN有源层(7)与n型InGaN有源层(6) 所形成的pn同质结，所述pn异质结为p型InGaN有源层(7)与n型GaN 基化合物(4)所形成的pn异质结。
13、 根据权利要求11所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特 征在于，该二极管器件在p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4) 之间进一步包括 n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在n型衬底(2) 上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源 层(7)、 n型InGaN有源层(6)和n型GaN基化合物(4)的顺序依次 外延生长而成，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将最外层n型GaN 基化合物(4)和次外层n型InGaN有源层(6)局部去除，露出p型InGaN 有源层(7)。
14、 根据权利要求1所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特征 在于，该二极管器件在p型InGaN有源层(7)上进一步包括n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在n型衬底(2) 上按照n型GaN基化合物(4)、 p型InGaN有源层(7)和n型InGaN有 源层(6)的顺序依次外延生长而成，并釆用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法， 将n型InGaN有源层(6)局部去除，露出p型InGaN有源层(7)，在露 出的p型InGaN有源层(7)上制备p型电极(13)，在剩余未刻蚀的n型 InGaN有源层(6)上制备n型透明电极(12)。
15、 根据权利要求14所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特 征在于，该二极管器件进一步包括连接n型透明电极(12)与n型电极(10)，形成pn异质结与pn同 质结的并联，所述pn异质结为p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4) 所形成的pn异质结，所述pn同质结为p型InGaN有源层(7)与n型InGaN 有源层(6)所形成的pn同质结。
16、 根据权利要求14所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特 征在于，该二极管器件在p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4) 之间进一步包括n型InGaN有源层(6)，该n型InGaN有源层(6)在n型衬底(2) 上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源 层(7)和n型InGaN有源层(6)的顺序依次外延生长而成。
17、 根据权利要求16所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特 征在于，该二极管器件进一步包括连接n型透明电极(12)与n型电极(10)，它们与p型电极(13)形成两个pn同质结的并联，所述pn同质结为p型InGaN有源层(7)与其两侧n型InGaN有源 层(6)所形成的pn同质结。
18、 根据权利要求16所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特 征在于，该二极管器件在n型InGaN有源层(6)上进一步包括n型GaN基化合物(4)，该n型InGaN基化合物(4)在n型衬底(2) 上按照n型GaN基化合物(4)、 n型InGaN有源层(6)、 p型InGaN有源 层(7)、 n型InGaN有源层(6)和n型GaN基化合物(4)的顺序依次 外延生长而成，并采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，将最外层n型GaN 基化合物(4)和次外层n型InGaN有源层(6)局部去除，露出p型InGaN 有源层(7)。
19、 根据权利要求10、 13或18所述的照明用氮化镓基发光二极管器 件，其特征在于，该二极管器件进一步包括连接n型透明电极(12)与n型电极(10)，它们与p型电极(13) 形成两个pn同质结的并联，所述pn同质结为p型InGaN有源层(7)与其两侧n型InGaN有源 层(6)所形成的pn同质结。
20、 根据权利要求1至19任一项所述的照明用氮化镓基发光二极管器件，其特征在于，所述n型衬底(2)为包括n型碳化硅SiC、 n型砷化镓GaAs或n型 硅Si三者之一；所述n型电极(10)为反射型的n型电极，或为透明的n型电极。
21、 根据权利要求1至19任一项所述的照明用氮化镓基发光二极管 器件，其特征在于，所述n型GaN基化合物(4)为n型GaN、 n型AlGaN或n型InGaN 三种化合物的任意一种，或者为n型GaN、 n型AlGaN或n型InGaN三 种化合物的任意组合，所述n型GaN基化合物(4)的禁带宽度大于n型 InGaN有源层(6)和p型InGaN有源层(7)的禁带宽度。
22、 根据权利要求1至19任一项所述的照明用氮化镓基发光二极管 器件，其特征在于，所述p型GaN基化合物(5)为p型GaN、 p型AlGaN或p型InGaN 三种化合物的任意一种，或者为p型GaN、 p型AlGaN或p型InGaN三 种化合物的任意组合，所述p型GaN基化合物(5)的禁带宽度大于p型 InGaN有源层(7)和n型InGaN有源层(6)的禁带宽度。
23、 根据权利要求1至19任一项所述的照明用氮化镓基发光二极管 器件，其特征在于，所述p型InGaN有源层(7)发出的光子能量与其能带间隙相对应， 即Eg-hc从，其中Eg为禁带宽度，h为普朗克常数，c为光速，入为波长， 该p型InGaN有源层(7)与n型GaN基化合物(4)接触形成pn异质结， 与相同组份的n型InGaN有源层(6)接触形成pn同质结，所述p型InGaN 有源层(7)的禁带宽度小于n型GaN基化合物(4)和p型GaN基化合 物(5)的禁带宽度。
24、 根据权利要求1至19任一项所述的照明用氮化镓基发光二极管 器件，其特征在于，所述n型InGaN有源层(6)发出的光子能量与其带隙相对应，即 Eg-hc/人，其中Eg为禁带宽度，h为普朗克常数，c为光速，人为波长，该 n型InGaN有源层(6)与p型GaN基化合物(5)接触形成pn异质结， 与相同组份的p型InGaN有源层(7)接触形成pn同质结，所述n型InGaN 有源层(6)的禁带宽度小于n型GaN基化合物(4)和p型GaN基化合 物(5)的禁带宽度。
25、 根据权利要求23和24所述的照明用氮化镓基发光二极管器件， 其特征在于，对于含有单个pn结的器件，所述pn异质结界面的制备工艺为降温过 程，所述pn同质结界面的制备工艺为温度无变化过程；对于含有两个pn结的器件，所述pn结界面的制备工艺中至少有一个 pn结界面的制备工艺为降温、或无温度变化过程。
全文摘要
本发明公开了一种照明用氮化镓基发光二极管器件，该二极管器件包括n型衬底(2)；在n型衬底(2)上依次外延生长的n型GaN基化合物(4)和p型InGaN有源层(7)；在p型InGaN有源层(7)上制备的p型透明电极(9)；和在n型衬底(2)的背面制备的n型电极(10)。利用本发明，使电子-空穴复合发光区与整个耗尽层基本重合，可提高二极管的发光效率；在降温中制备pn结，可有效地防止In组份的逃逸，大大提高pn结质量；通过npn的叠形生长，可在相同器件体积下实现两个pn结的并联，成倍提高器件功率。
文档编号H01L33/00GK101118937SQ20061008907
公开日2008年2月6日 申请日期2006年8月2日 优先权日2006年8月2日
发明者韩培德 申请人:中国科学院半导体研究所