[发明专利]基于金属氮化物半导体的氮极性面发光二极管及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种基于金属氮化物半导体的氮极性面发光二极管及制备方法。

背景技术

LED(发光二极管)作为一种新型高效的固态光源，具有节能、环保、寿命长、体积小、低工作电压等显著优点，在世界范围内获得了广泛的应用。

传统的由III族金属氮化物半导体材料制成的LED中，III族金属氮化物半导体材料都是沿蓝宝石[0001]方向即C面方向生长，最终得到金属极性面的氮化镓、氮化铝或者它们的合金晶体。与金属极性面半导体材料不同，氮极性面半导体材料中由于压电极化电场和自发极化电场的方向相反，二者相互抵消的结果一是可以在异质结界面上形成迁移率和浓度较高的二维电子气[Ambacher O,Smart J,Shealy J R,et al.Two-dimensional electron gases induced by spontaneous and piezoelectric polarization charges in N-and Ga-face AlGaN/GaN heterostructures[J].Journal of Applied Physics,1999,85(6):3222-3233.]，二是可以使得电子-空穴的复合效率增加，有助于提高LED的发光效率[Verma J,Simon J,Protasenko V,et al.N-polar III-nitride quantum well light-emitting diodes with polarization-induced doping[J].Applied Physics Letters,2011,99(17):171104.]，这是金属极性面金属氮化物基LED所不具备的特性。图1显示了一种现有氮极性面氮化镓基发光二极管的结构，如图所示，包括自下而上依次设置的蓝宝石衬底1、氮极性面低温成核层2、氮极性面非掺杂半导体层3、氮极性面n型半导体层4、氮极性面多量子阱有源区5、氮极性面电子阻挡层6、氮极性面p型半导体层7，以及分别设置于氮极性面p型半导体层7上表面、氮极性面n型半导体层4上表面的p型金属电极8、n型金属电极9。

但是，由于在氮极性面n型半导体上很难制作出良好的欧姆接触电极，因此极大地制约了氮极性面金属氮化物基LED的制备和应用。其原因是在氮极性面n型半导体上制作Al/Ti/Au等电极时，氧原子在电极制备过程会替代氮原子与金属原子形成金属氧化合物，即形成了导电性能较差的缺陷结构，从而难以制备良好的欧姆接触[Liu J,Feng F,Zhou Y,et al.Stability of Al/Ti/Au contacts to N-polar n-GaN of GaN based vertical light emitting diode on silicon substrate[J].Applied Physics Letters,2011,99(11):111112.]。现有的相关技术大多采用激光剥离衬底的方法实现倒装结构来解决这一问题[Ma J,Chen Z Z,Jiang S,et al.Pd/In/Ni/Au contact to N-polar n-type GaN fabricated by laser lift-off[J].Applied Physics A,2015,119(1):133-139.]，然而这种方法技术难度大，良率低，成本较高，而且效果也不是很好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于金属氮化物半导体的氮极性面发光二极管，以金属极性面n型半导体层作为氮极性面发光二极管中n型半导体层的欧姆接触层，可以避免氮极性面n型半导体层上不易制作良好欧姆电极的问题，且制备工艺简单，实现成本低。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于金属氮化物半导体的氮极性面发光二极管，包括自下而上依次设置的氮极性面n型半导体层、氮极性面多量子阱有源区、氮极性面电子阻挡层、氮极性面p型半导体层，所述氮极性面p型半导体层上层设置有p型电极，所述发光二极管还包括设置于氮极性面n型半导体层侧面且与氮极性面n型半导体层完全键合的金属极性面n型半导体层，所述金属极性面n型半导体层的上表面设置有n型电极。