[实用新型]一种生长于氧化锌纳米棒阵列复合衬底的发光二极管

说明书

本实用新型公开了一种生长于氧化锌纳米棒阵列复合衬底的发光二极管，包括复合衬底和氮化镓基的发光二极管外延结构，其中：复合衬底包含衬底和氧化锌纳米棒阵列，而所述发光二极管外延结构为依次生长在氧化锌纳米棒阵列上的n型半导体层、有源层和p型半导体层。本实用新型的优点在于：一方面，氧化锌与氮化镓具有相同的晶体结构，相近的晶格常数和禁带宽度，晶格常数失配很小（约1.8%），在上述复合衬底上生长氮化镓外延结构可以得到缺陷密度低的高质量外延结构层；另一方面，氧化锌纳米棒可以采用简单的酸腐蚀去除，使衬底从外延结构层上剥离，剥离速度快，且外延结构层上没有氧化锌残留有利于后续工艺的制作。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种生长于氧化锌纳米棒阵列复合衬底的发光二极管。

背景技术

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）具有电光转换效率高、使用寿命长、环保、节能、低热、高亮度和反应速度快等优点，目前已经广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。

目前氮化镓基发光二极管外延结构多采用蓝宝石作为衬底进行外延生长，而蓝宝石衬底因为有不导电和散热差的问题，使高性能氮化镓基发光二极管芯片制作有将蓝宝石衬底剥离的需求，目前蓝宝石衬底的剥离一般采用激光剥离（Laser Lift-Off，LLO）技术去除。然而，激光剥离技术在操作上存在以下弊端：第一，采用高能激光束辐照外延层，会对外延层造成一定的损伤，从而影响发光二极管的性能，第二，当氮化镓基材料受到高能激光束辐照时，会在与衬底的界面处发生分解反应，产生氮气，但是这些气体只能局限在激光光斑面积大小的有限区域中而产生很高的气压，容易造成外延层开裂。第三，采用激光剥离技术所用到的设备成本相对较高。综合上述问题，采用激光剥离技术实现衬底剥离成本偏高，且会影响氮化镓基发光二极管的光电性能和可靠性。

氧化锌（ZnO）为一种宽禁带半导体材料，与氮化镓有相同的晶体结构、相近的晶格常数和禁带宽度，与氮化镓的晶格常数失配很小，约1.8%左右，所以氧化锌多被用于氮化镓外延层的衬底或缓冲层来获得高质量的氮化镓外延层。同时氧化锌可与酸发生反应，被用作衬底或缓冲层的氧化锌很容易通过酸腐蚀进行衬底去除或剥离。然而用来作为衬底的氧化锌厚度比较厚，采用酸腐蚀去除衬底的时间比较长，而采用氧化锌薄层作缓冲层，在采用酸腐蚀剥离衬底时，由于酸溶液渗透比较慢，衬底剥离效率也偏低。

实用新型内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种生长于氧化锌纳米棒阵列复合衬底的发光二极管，解决了现有氮化镓基发光二极管使用激光剥离技术可能造成外延结构损伤或开裂从而影响发光二极管性能的弊端。

（二）技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种生长于氧化锌纳米棒阵列复合衬底的发光二极管，包括复合衬底和氮化镓基的发光二极管外延结构，其中：复合衬底包含衬底和氧化锌纳米棒阵列，而所述发光二极管外延结构为依次生长在氧化锌纳米棒阵列上的n型半导体层、有源层和p型半导体层。

其中：所述衬底可以为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、氧化锌衬底、氧化镓衬底或石英衬底。

进一步地，所述衬底上生长氧化锌纳米棒阵列之前，可以在所述衬底上优先沉积氧化锌或氮化镓或氮化铝的薄膜。

其中：所述n型半导体层可以为掺Si的GaN、掺Si的AlGaN或掺Si的AlN。

其中：所述有源层可以为InGaN/GaN的多层量子阱结构或AlInGaN/AlGaN的多层量子阱结构。

其中：所述p型半导体层可以包含有电子阻挡层、p型层和p型接触层，所述电子阻挡层可以为掺Mg的AlGaN、掺Mg的AlInN或掺Mg的BAlN,p型层可以为掺Mg的GaN或掺Mg的AlGaN，p型接触层可以为掺Mg的GaN或掺Mg的AlGaN。