[发明专利]一种Al组分渐变式N型LED结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Al组分渐变的N型LED(发光二极管)的结构及制备方法，属于LED(发光二极管)结构技术领域。

背景技术

二十世纪九十年代初，以氮化物为代表的第三代宽带隙半导体材料获得了历史性突破，科研人员在氮化镓材料上成功地制备出蓝绿光和紫外光LED，使得LED照明成为可能。1971年，第一只氮化镓LED管芯面世，1994年，氮化镓HEMT出现了高电子迁移率的蓝光GaN基二极管，氮化镓半导体材料发展十分迅速。

半导体发光二极管具有体积小、坚固耐用、发光波段可控性强、光效高、低热损耗、光衰小、节能、环保等优点，在全色显示、背光源、信号灯、光电计算机互联、短距离通信等领域有着广泛的应用，逐渐成为目前电子电力学领域研究的热点。氮化镓材料具有宽带隙、高电子迁移率、高热导率、高稳定性等一系列优点，因此在短波长发光器件、光探测器件以及大功率器件方面有着广泛的应用和巨大的市场前景。

提高光电转换效率主要依靠提高内量子效率和外量子效率，目前内量子效率的提高已经接近理论的极限状态，而提升LED组建的光取出效率成为重要的课题。要求设计新的芯片结构来改善出光效率，进而提升发光效率(或外量子效率)，目前国内外采用的主要工艺途径有：倒装技术、生长DBR反射层结构以及表面粗化技术、侧壁腐蚀技术和衬底图形化技术。n型区是制造GaN LED器件必不可少的重要环节，nGaN结构及其外延生长方法是提高GaN基LED光取出效率和降低串联电阻的关键。

中国专利文献CN102418146A公开的《一种有效提高GaN基LED发光效率的外延生长方法》，该方法是在传统的GaN基LED结构：衬底上的缓冲层、uGaN层、nGaN、n型电流扩展层、n型空间层、量子阱有源区、p型电子阻挡层、p型GaN、接触层的基础上，在n型电流扩散层和n型空间层之间加入一步表面处理的程序，将从衬底和GaN界面延伸至电流扩散层的缺陷以及应力进行破坏和释放，之后再通过生长条件的控制将材料的表面恢复平整，然后再生长量子阱有源区。与传统的生长技术相比，这样生长的量子阱受缺陷和应力的影响较小，能有效的提高样品的发光强度。但是该方法仅适用于蓝绿光波段的GaN基LED的外延生长。

CN201749864U公开的《一种具有较高静电击穿电压的GaN基LED》，其结构自下至上依次包括SiC或Si衬底、AlN缓冲层、N型GaN层、MQW层和P型GaN层，N型GaN层中设有一层厚度为20nm-100nm的AlGaN插入层。该LED是通过改变衬底材料和LED的生长结构，在SiC、Si衬底上直接在生长N型GaN层时插入一层AlGaN，从根本上增强发光二极管芯片的抗击穿电压，由于nGaN层本身较厚，插入AlGaN层时只需要引入TMA1，生长非常容易实现，反向抗静电能力由普通结构的500V-1000V提高到了2000V-4000V，反向击穿电压由原来的15V提高到30V，亮度由50-80mcd提高到了80-100mcd。但是上述技术中，对于n型结构的处理，较难保证晶体的生长质量，后期芯片工艺容易产生裂片现象。

CN102969341A公开的《组分渐变Al_yGa_1-yN缓冲层的氮化物高电子迁移率晶体管外延结构》，采用组分渐变Al_yGa_1-yN缓冲层，依然能够与GaN沟道层形成导带带阶，增强2DEG限域性，提高器件的微波性能和功率特性；Al_yGa_1-yN缓冲层采用组分由0渐变到y的结构，可以提高缓冲层热导率，有效降低AlGaN缓冲层HEMT器件的自热效应；相比常规的组分恒定Al_yGa_1-yN缓冲层，采用这种组分渐变Al_yGa_1-yN作缓冲层，能有效减低缓冲层中的位错等缺陷密度，有助于进一步提升器件的性能及可靠性。上述结构采用Al组分渐变的模式来制备缓冲层，其主要目的是减低缓冲层中的位错密度。