[发明专利]GaN基发光二极管、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种改良设计的GaN基发光二极管、其制备方法及应用。

背景技术

GaN基LED因具有寿命长、耐冲击、抗震、高效节能等优异特性而在图像显示、信号指示、照明以及基础研究等方面有着极为广泛的应用前景，并已经成为半导体领域的研究热点之一。参阅图1所示系当前习见的标准GaN基LED，其制备工艺一般包括如下步骤：

（1）高温除杂：在高温条件下，向反应室内通入氢气，燃烧除去衬底表面的杂质，并对衬底表面进行处理；

（2）长缓冲层：降温，并在衬底上生长一层厚约300埃厚的GaN、AlN或InGaN缓冲层；

（3）退火：升温，将低温长的非晶GaN、AlN或InGaN缓冲层通过高温形成多晶GaN 缓冲层；

（4）长GaN单晶：在高温条件下，在GaN、AlN或InGaN缓冲层上生长一层厚约0.5μm～2μm的GaN单晶；

（5）长N型GaN（厚约1.5μm～3μm）：在高温条件下，长GaN 的同时掺Si(浓度5－10⁸/cm³)；

（6）长多量子阱MQW：降温，先长一层GaN (135埃左右)后，再长一层InGaN(厚约25埃)，接着长一层GaN (135埃左右)，这样连续长5到11个InGaN和 GaN势阱势垒pair (160埃左右)，整个MQW厚约0.16μm，调整掺In的浓度可调整波长；

（7）长P型GaN（厚约0.2μm）：首先，升温，长GaN的同时掺Mg (浓度约为5x10¹⁹/cm³)，长2000埃厚；其后，降温，长GaN的同时掺Mg (浓度约为1x10²⁰/cm³)，长150埃厚；而后，降温，再在N2下加热，打破Mg－H键，激活Mg的导电性；最后降温。

从结构和制备工艺两方面进行分析，前述GaN基LED一般具有如下缺陷：其一、半导体材料层的厚度一般在4-7微米，因此需要很长的工时进行生长，效率低下；其二，半导体材料层，尤其是P型GaN材料层中均需要高浓度的掺杂，其不仅操作不易，还会吸收光，从而降低LED的发光效率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有改良设计的GaN基发光二极管，其能有效克服前述现有技术的不足。

本发明的另一目的在于提供一种制备前述GaN基发光二极管的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种GaN基发光二极管，包括在选定缓冲层上顺次叠设的第一N型GaN层、P型GaN层、多量子阱有源层以及第二N型GaN层，

其中，所述第一N型GaN层生长在第一衬底上或所述第二N型GaN层连接在第二衬底上，

以及，所述第一N型GaN层或第二N型GaN层上还连接有透明导电层。

作为优选的方案之一，所述第一N型GaN层为N型掺杂GaN层，且其掺杂浓度于临近P型GaN层处最大。

作为优选的方案之一，所述P型GaN层为P型掺杂GaN层，且其掺杂浓度于临近第一N型GaN层处最大。

作为优选的方案之一，所述P型GaN层与多量子阱有源层之间还设有P型Al GaN层。

作为优选的方案之一，所述N型GaN层与多量子阱有源层之间还设有N型Al GaN层。

作为可选的实施方案，所述第二N型GaN层粘接或键合在所述第二衬底上。

具体而言，所述第一衬底可选自蓝宝石衬底、Si衬底、SiC衬底和GaN衬底中的任意一种，但不限于此。

所述第二衬底可选自Si衬底、金属衬底、氮化铝衬底中的任意一种，但不限于此。

所述透明导电层优选采用ITO或ZnO。

如上所述GaN基发光二极管的制备方法包括如下步骤：

（1）提供一第一衬底；

（2）在所述第一衬底上生长形成选定的缓冲层，其后依次生长形成第一N型GaN层、P型GaN层、多量子阱有源层以及第二N型GaN层；

（3）在第二N型GaN层上连接透明导电层，

或者，在第二N型GaN层上连接第二衬底，并将第一衬底剥离，而在一N型GaN层上连接透明导电层。

作为优选的方案之一，步骤（2）具体为：

a）在第一衬底上生长形成选定的缓冲层，其后生长N型掺杂GaN层作为第一N型GaN层，且其掺杂浓度于临近P型GaN层处最大；