[发明专利]一种GaN基发光二极管结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种GaN基发光二极管结构及其制备方法，属于半导体技术领域。

背景技术

发光二极管(简称“LED”)是一种半导体固体发光器件，它利用半导体材料内部的导带电子和价带空穴发生辐射复合，是以光子形式释放能量而直接发光的。通过设计不同的半导体材料禁带宽度，发光二极管可以发射从红外到紫外不同波段的光。

氮化物发光二极管以其具有高效、节能、长寿命以及体积小等优点在世界范围内得到广泛发展。发光波长在210-365nm的紫外发光二极管，因其调制频率高、体积小、无汞环保以及高杀菌潜力等优点，在杀菌消毒、生物医药、照明、存储和通信等领域有广泛的应用前景；发光波长在440-470nm的蓝光发光二极管因其能耗低、寿命长以及环保等优点，在照明、亮化以及显示领域有巨大的应用前景；发光波长在500-550nm的绿光发光二极管，在亮化和显示以及三基色照明领域也有非常好的应用前景。

目前世界范围内氮化物发光二极管普遍结构自下而上都是衬底、GaN缓冲层、n型GaN导电层、n型AlGaN限制层、有源区发光层、p型AlGaN限制层、p型GaN导电层。p型掺杂GaN较难得到，曾经是制约GaN发光二极管发光效率的关键因素。在热退火技术提出之后，GaN较容易的实现了Mg杂质的掺杂，但是由于Mg的活化效率很低，为了获得较高的载流子浓度，需要很高的Mg掺杂浓度。但是高掺杂的p型GaN材料吸光现象较为严重，当发光二极管的发射波长较短时，吸光问题更为严重，对发光二极管的发光效率有明显的影响。

日本专利文件JP2003347592A提出了一种GaN基化合物半导体LED的制备过程，其主要技术方案是通过金属有机气相外延生长p型掺杂的GaN基化合物半导体，然后将反应室保持特定的温度，在无氢气的气氛下进行退火，将p型掺杂GaN基化合物半导体转换成p型导电化合物半导体。但本方法的缺点是p型掺杂化合物受主活化效率很低，得到的p型导电化合物空穴浓度较低，另外p型掺杂材料对LED发出的光有吸收作用，当发光波长＜400nm时，光吸收作用更为显著。

中国专利文件CN102227008A(201110129769.X)提出了一种LED芯片P型GaN层的制备方法，该方法的主要技术方案是首先生长掺铟和镁的P型GaN层，然后将铟析出，形成掺镁的P型GaN层。但本方法的缺点是掺镁的P型GaN层对LED发出的光有吸收作用，当发光波长变短时，光吸收作用明显增强，导致LED的亮度下降。

中国专利文件CN102769078A(201210241934.5)提出了一种高生长速率的P型GaN结构LED制造方法，该方法的主要技术方案是P型GaN层采用较高生长速率进行，减小生长时间，从而减少In的挥发，减少对邻近InGaN层的破坏，提高阱的质量，进而提高亮度。但是本发明的缺点是P型GaN层对GaN基LED发出的蓝紫光有吸收作用，特别是波长降低到紫外波段时，光吸收作用更为明显，导致LED亮度下降。

中国专利文件CN101956178A(201010295654.3)，提供了一种在Si衬底上制备纳米金刚石薄膜的制备方法，其技术方案是在Si衬底上通过化学气相沉积方法，制备出硼掺杂纳米金刚石薄膜，然后通过真空退火技术得到硼掺杂的纳米金刚石薄膜，此专利金刚石薄膜生长在Si衬底上，不能应用于发光二极管领域。而所撰写专利的金刚石薄膜是在GaN基发光二极管的量子阱上方p型限制层上生长的，用金刚石薄膜替代常规的p型氮化镓层，能够提高更高浓度的空穴载流子，同时减少p型氮化镓的吸光问题，提高LED的出光效率。

发明内容

本发明针对现有GaN基发光二极管的Mg掺杂空穴载流子浓度低、p型掺杂困难以及p型氮化镓层吸光严重的问题，提出一种GaN基发光二极管结构。

本发明所述GaN基发光二极管优选是同面电极结构的GaN基发光二极管或垂直电极结构的GaN基发光二极管。

本发明还提供一种上述GaN基发光二极管结构的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种GaN基发光二极管结构，包括衬底、n型GaN导电层、n型AlGaN限制层、有源区发光层、p型AlGaN限制层、p电极和n电极，其中：在所述p型AlGaN限制层的上表面或下表面沉积有一层p型金刚石薄膜导电层，厚度为50-500nm。

根据本发明，优选方案之一：