一种氮化镓发光二极管结构及其制备方法
【专利摘要】一种氮化镓发光二极管结构及其制备方法，涉及光电【技术领域】。本发明的结构包括衬底和依次置于衬底之上的缓冲层、非故意掺杂氮化镓层、N型掺杂氮化镓层、有源发光层和P型掺杂氮化镓层。N型电极置于N型掺杂氮化镓层上表面，P型电极置于P型掺杂氮化镓层上表面。其结构特点是，所述非故意掺杂氮化镓层的上表面形成一图形化结构的结构层。同现有技术相比，本发明能有效降低氮化物外延层中的位错密度，提高氮化物发光二极管器件的发光效率，具有方法简单、成本低廉的特点。
【专利说明】一种氮化镓发光二极管结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电【技术领域】，特别是氮化镓发光二极管结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，以氮化镓(GaN)材料为代表的II1-V族氮化物半导体材料，在紫外/蓝光/绿光LED、激光器、光电探测器，以及在高温高频大功率电子器件领域有着广泛的应用。目前主要在蓝宝石(A1203)、硅(Si)、碳化硅(SiC)等衬底上外延生长获得GaN材料，但由于GaN材料与衬底之间存在很大的晶格常数失配和热膨胀系数的差异，外延生长的GaN层中存在较多的位错和晶格缺陷，从而难以获得高质量的GaN材料，使得发光二极管的内量子效率降低。
[0003]另外，由于形成发光二极管的半导体材料与空气的折射率差值较大，导致光的出射角度小且界面反射率高，这样，有源区发出的光只有一部分被提取出来，其余的光则会被反射回半导体材料内部，经过多次反射后被吸收，从而造成光提取效率不高的问题，致使发光二极管的外量子效率较低。
[0004]现有技术中，为了提高器件的发光效率，人们通常采用图形衬底、复合衬底、低温氮化镓(GaN)或氮化铝(AlN)缓冲层等技术减少外延层中的穿透位错密度，从而降低氮化物外延层材料中的缺陷密度，提高内部量子效率。但这种方法存在制造成本高、生产效率低等问题。目前，还有另一种方法则是通过对发光二极管表面进行粗化加工以及蒸镀全反膜等方法以增加发光效率的效果。氮化物材料具有很强的耐酸碱特性，湿法腐蚀方法难以进行加工，干式蚀刻方法可以克服实施蚀刻的问题，但却容易造成外延层的损伤，导致半导体层的电阻值升高。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种氮化镓发光二极管结构及其制备方法。它能有效降低氮化物外延层中的位错密度，提高氮化物发光二极管器件的发光效率，具有方法简单、成本低廉的特点。
[0006]为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现:
技术方案一
一种氮化镓发光二极管结构，它包括衬底和依次置于衬底之上的缓冲层、非故意掺杂氮化镓层、N型掺杂氮化镓层、有源发光层和P型掺杂氮化镓层。N型电极置于N型掺杂氮化镓层上表面，P型电极置于P型掺杂氮化镓层上表面。其结构特点是，所述非故意掺杂氮化镓层的上表面形成一图形化结构的结构层。
[0007]在上述发光二极管结构中，所述缓冲层的材料采用氮化镓、氮化铝、氮化铟镓或者氮化铝铟镓中的一种，缓冲层的厚度为10-100nm。
[0008]在上述发光二极管结构中，所述非故意掺杂氮化镓层的厚度为1-10微米，N型掺杂氮化镓层的厚度为1-5微米，P型掺杂氮化镓层的厚度为0.1-1微米。[0009]在上述发光二极管结构中，结构层的图形可以为条状、矩形、圆形或者三角形中的
任一图案。
[0010]如上所述的氮化镓发光二极管结构的制作方法，其步骤为:
1)在衬底的上方依次形成缓冲层和非故意掺杂氮化镓层；
2)在非故意掺杂氮化镓层的上表面形成图形化的结构层；
3)在结构层的上方依次形成N型掺杂氮化镓层、有源发光层和P型掺杂氮化镓层；
4)在P型掺杂氮化镓层上表面形成P型电极；从上往下蚀刻P型掺杂氮化镓层和有源发光层，在暴露出来的N型掺杂氮化镓层上表面形成N型电极。
[0011]在上述的制作方法中，所述在非故意掺杂氮化镓层的上表面形成图形化的结构层是在非故意掺杂氮化镓层的上表面通过黄光微影搭配干法或湿法蚀刻工艺、激光镭射切割工艺或者纳米压印工艺形成图形化的结构层。
[0012]技术方案二
一种氮化镓发光二极管结构，它包括衬底和依次置于衬底之上的缓冲层、第一非故意掺杂氮化镓层、N型掺杂氮化镓层、有源发光层和P型掺杂氮化镓层。N型电极置于N型掺杂氮化镓层上表面，P型电极置于P型掺杂氮化镓层上表面。其结构特点是，所述第一非故意掺杂氮化镓层的上方还依次置有图形化结构的绝缘层和第二非故意掺杂氮化镓层。
[0013]在上述发光二极管结构中，所述缓冲层的材料采用氮化镓、氮化铝、氮化铟镓或者氮化铝铟镓中的一种，缓冲层的厚度为10-100nm。
[0014]在上述发光二极管结构中，所述第一非故意掺杂氮化镓层的厚度为1-5微米，第二非故意掺杂氮化镓层的厚度为1-5微米，N型掺杂氮化镓层的厚度为1-5微米，P型掺杂氮化镓层的厚度为0.1-1微米。
[0015]在上述发光二极管结构中，所述绝缘层的材料采用二氧化硅、氮化硅或者二氧化钛中的一种，绝缘层的厚度为10-1000纳米，绝缘层的图形可以为条状、矩形、圆形或者三角形中的任一图案。
[0016]如上所述的氮化镓发光二极管结构的制作方法，其步骤为:
1)在衬底的上方依次形成缓冲层和第一非故意掺杂氮化镓层；
2)在第一非故意掺杂氮化镓层的上表面形成图形化结构的绝缘层；
3)在绝缘层的上方依次形成第二非故意掺杂氮化镓层、N型掺杂氮化镓层、有源发光层和P型掺杂氮化镓层；
4)在P型掺杂氮化镓层上表面形成P型电极；从上往下蚀刻P型掺杂氮化镓层和有源发光层，在暴露出来的N型掺杂氮化镓层上表面形成N型电极。
[0017]在上述的制作方法中，所述形成图形化结构的绝缘层是在绝缘层的上表面通过黄光微影搭配干法或湿法蚀刻工艺、激光镭射切割工艺或者纳米压印工艺形成图形。
[0018]本发明由于采用了上述结构和制备方法，在发光二极管材料外延生长过程中形成了一具有图形化结构的结构层或者绝缘层。该层结构可以有效降低发光二极管材料外延生长过程中位错缺陷密度，提高外延层材料质量，从而提高发光二极管的内量子效率。同时，该层结构可使得向发光二极管内部发射的光线发生反射，进一步朝发光二极管外部方向行进，减小界面处全反射效果，也减少光线被内部有源层、衬底吸收的几率，由此提高发光二极管器件的发光效率。[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步阐述。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例二的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]实施例一
参看图1，本实施例一的结构包括衬底100和依次置于衬底之上的厚度为10-100纳米的缓冲层101、厚度为1-10微米的非故意掺杂氮化镓层102、图形化结构的结构层103、厚度为1-5微米的N型掺杂氮化镓层104、有源发光层105和厚度为0.1-1微米的P型掺杂氮化镓层106。N型电极107置于N型掺杂氮化镓层104上表面，P型电极108置于P型掺杂氮化镓层106上表面。缓冲层101的材料采用氮化镓、氮化铝、氮化铟镓或者氮化铝铟镓中的一种。结构层103的图形可以为条状、矩形、圆形或者三角形中的任一图案。
[0022]上述氮化镓发光二极管结构的制作方法步骤为:
1)在衬底100的上方依次形成缓冲层101和非故意掺杂氮化镓层102；
2)在非故意掺杂氮化镓层102的上表面形成图形化的结构层103;采用的方法为在非故意掺杂氮化镓层102的上表面通过黄光微影搭配干法或湿法蚀刻工艺、激光镭射切割工艺或者纳米压印工艺形成图形化的结构层103 ；
3)在结构层103的上方依次形成N型掺杂氮化镓层104、有源发光层105和P型掺杂氮化镓层106 ；
4)在P型掺杂氮化镓层106上表面形成P型电极108;从上往下蚀刻P型掺杂氮化镓层106和有源发光层105，在暴露出来的N型掺杂氮化镓层104上表面形成N型电极107。
[0023]实施例二
参看图2，本实施例二的结构与实施例一相比，只是用依次叠加的第一非故意掺杂氮化镓层109、图形化结构的绝缘层110和第二非故意掺杂氮化镓层111替代了实施例一中的非故意掺杂氮化镓层102和图形化的结构层103。其中，第一非故意掺杂氮化镓层109的厚度为1-5微米，第二非故意掺杂氮化镓层111的厚度为1-5微米。绝缘层110的材料采用二氧化硅、氮化硅或者二氧化钛中的一种，绝缘层Iio的厚度为10-1000纳米，绝缘层110的图形可以为条状、矩形、圆形或者三角形中的任一图案。
[0024]本实施例二的制备方法与实施例一相比区别方法步骤是，在缓冲层101的上方依次形成第一非故意掺杂氮化镓层109、图形化结构的绝缘层110以及第二非故意掺杂氮化镓层111。形成图形化结构的绝缘层110是在绝缘层110的上表面通过黄光微影搭配干法或湿法蚀刻工艺、激光镭射切割工艺或者纳米压印工艺形成图形。
[0025]以上所述的本发明具体实施例，并不用于限制本发明，凡属在本发明的技术思路之内，所做的任何修改、替换或改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种氮化镓发光二极管结构，它包括衬底(100)和依次置于衬底之上的缓冲层(101)、非故意掺杂氮化镓层(102),N型掺杂氮化镓层(104)、有源发光层(105)和P型掺杂氮化镓层(106)，N型电极(107)置于N型掺杂氮化镓层(104)上表面，P型电极(108)置于P型掺杂氮化镓层(106)上表面，其特征在于，所述非故意掺杂氮化镓层(102)的上表面形成一图形化结构的结构层(103)。
2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述缓冲层(101)的材料采用氮化镓、氮化铝、氮化铟镓或者氮化铝铟镓中的一种，缓冲层(101)的厚度为10-100纳米。
3.根据权利要求1或2所述的氮化镓发光二极管结构，其特征在于，所述非故意掺杂氮化镓层(102)的厚度为1-10微米，N型掺杂氮化镓层(104)的厚度为1-5微米，P型掺杂氮化镓层(106)的厚度为0.1-1微米。
4.根据权利要求3所述的发光二极管结构，其特征在于，结构层(103)的图形可以为条状、矩形、圆形或者三角形中的任一图案。
5.如权利要求1所述的氮化镓发光二极管结构的制作方法，其步骤为: 1)在衬底(100)的上方依次形成缓冲层(101)和非故意掺杂氮化镓层(102); 2)在非故意掺杂氮化镓层(102)的上表面形成图形化的结构层(103)； 3)在结构层(103)的上方依次形成N型掺杂氮化镓层(104)、有源发光层(105)和P型掺杂氮化镓层(106)； 4)在P型掺杂氮化镓层(10 6)上表面形成P型电极(108);从上往下蚀刻P型掺杂氮化镓层(106)和有源发光层(105)，在暴露出来的N型掺杂氮化镓层(104)上表面形成N型电极(107)。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述在非故意掺杂氮化镓层(102)的上表面形成图形化的结构层(103)是在非故意掺杂氮化镓层(102)的上表面通过黄光微影搭配干法或湿法蚀刻工艺、激光镭射切割工艺或者纳米压印工艺形成图形化的结构层(103)。
7.一种氮化镓发光二极管结构，它包括衬底(100)和依次置于衬底之上的缓冲层(101)、第一非故意掺杂氮化镓层(109),N型掺杂氮化镓层(104)、有源发光层(105)和P型掺杂氮化镓层(106)，N型电极(107)置于N型掺杂氮化镓层(104)上表面，P型电极(108)置于P型掺杂氮化镓层(106)上表面，其特征在于，所述第一非故意掺杂氮化镓层(109)的上方还依次置有图形化结构的绝缘层(110)和第二非故意掺杂氮化镓层(111)。
8.根据权利要求7所述的氮化镓发光二极管结构，其特征在于，所述缓冲层(101)的材料采用氮化镓、氮化铝、氮化铟镓或者氮化铝铟镓中的一种，缓冲层(101)的厚度为10-100纳米。
9.根据权利要求7或8所述的氮化镓发光二极管结构，其特征在于，所述第一非故意掺杂氮化镓层(109)的厚度为1-5微米，第二非故意掺杂氮化镓层(111)的厚度为1-5微米，N型掺杂氮化镓层(104)的厚度为1-5微米，P型掺杂氮化镓层(106)的厚度为0.1-1微米。
10.根据权利要求9所述的氮化镓发光二极管结构，其特征在于，所述绝缘层(110)的材料采用二氧化硅、氮化硅或者二氧化钛中的一种，绝缘层(110)的厚度为10-1000纳米，绝缘层(110)的图形可以为条状、矩形、圆形或者三角形中的任一图案。
11.如权利要求7所述的氮化镓发光二极管结构的制作方法，其步骤为:.1)在衬底(100)的上方依次形成缓冲层(101)和第一非故意掺杂氮化镓层(109); . 2)在第一非故意掺杂氮化镓层(109)的上表面形成图形化结构的绝缘层(110)； .3 )在绝缘层(110)的上方依次形成第二非故意掺杂氮化镓层(111)、N型掺杂氮化镓层(104)、有源发光层(105)和P型掺杂氮化镓层(106); . 4)在P型掺杂氮化镓层(106)上表面形成P型电极(108);从上往下蚀刻P型掺杂氮化镓层(106)和有源发光层(105)，在暴露出来的N型掺杂氮化镓层(104)上表面形成N型电极(107)。
12.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，所述形成图形化结构的绝缘层(110)是在绝缘层(110) 的上表面通过黄光微影搭配干法或湿法蚀刻工艺、激光镭射切割工艺或者纳米压印工艺形成图形。
【文档编号】H01L33/10GK103633211SQ201210300722
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月23日 优先权日:2012年8月23日
【发明者】吴东海, 李志翔, 刘刚 申请人:南通同方半导体有限公司, 同方股份有限公司