一种基于C面蓝宝石衬底的半极性锥形LED结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于C面蓝宝石衬底的半极性锥形LED结构，涉及半导体技术领域，包括C面蓝宝石衬底、GaN成核层、非故意掺杂GaN层、n

A semi polar tapered LED structure based on C-plane sapphire substrate

【技术实现步骤摘要】
一种基于C面蓝宝石衬底的半极性锥形LED结构


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种基于C面蓝宝石衬底的半极性锥形LED结构及制备该结构的方法。

技术介绍

[0002]近年来，基于InGaN的白光LED被广泛应用于固体照明和背光显示的应用中。在面对新兴的智能照明、显示的领域的同时，我们应该努力去提升LED器件的性能，提高亮度和显色指数。
[0003]p
‑
GaN常常面临着p型掺杂困难的问题，p型的过程中使用的杂质元素为Mg，但Mg掺杂经常被GaN在MOCVD外延过程中引入的H杂质元素影响，形成Mg
‑
H络合物，因此空穴浓度不足，进而导致了复合作用被空穴浓度所限制，LED亮度无法提高。
[0004]对于C面(001)来说，在In的合成过程中，由于压电场的作用从而产生很强的QCSE效应，因此在绿光波段，很难制成很高效率的LED。<112>面是GaN的半极性面，半极性面的能带相比较C面，弯折更小，对于LED来说，可以降低极化效应对电子空穴对复合的影响，大幅度减少了QCSE效应对发光的影响，可以提高显色指数和亮度。
[0005]LED的光提取效率同样影响着LED的量子效率，现有的LED由于表面较为平整，形成了反射作用，需要依赖图形化衬底来改变光的角度进而提高光提取效率，在平片衬底上改变量子阱的出光方向，人为的控制光路是一种有效的提高光提取效率的方法。
[0006]现有的LED多依赖V
‑
pit进行发光强度的提高，V
‑
pit是一种晶格缺陷，会影响晶格质量，在InGaN/GaN多量子阱中，V
‑
pit区域的In组分更低，从而导致了发光波长的变化，降低了显色指数，沿<112>面生长材料，是一种可观的降低V
‑
pit的方法。

技术实现思路

[0007]为了有效地解决现有技术的上述问题，本专利技术提出了基于C面蓝宝石衬底的半极性锥形LED结构及制备该结构的方法，以缓解现有技术中空穴注入困难、极化导致QCSE效应、光提取效率低以及V
‑
pit多的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的器件结构包括C面蓝宝石衬底；
[0009]GaN成核层，位于所述C面蓝宝石衬底上；
[0010]非故意掺杂GaN层，位于所述低温成核层上；
[0011]n
‑
GaN层，位于所述非故意掺杂GaN层上；
[0012]InGaN/GaN超晶格前阱，位于所述n
‑
GaN层上；
[0013]InGaN/GaN多量子阱发光层，位于所述InGaN/GaN超晶格前阱上；
[0014]AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层，位于所述InGaN/GaN多量子阱发光层上；
[0015]p
‑
GaN层，位于所述AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层上；
[0016]反光层，位于所述p
‑
GaN层上，材质为铝及其氧化物；
[0017]金属电极，位于所述反光层上。
[0018]优选的，所述n
‑
GaN层上形成有锥形图案，其中锥形的侧壁方向沿晶体<112>面，锥形图案的倾角为84
°‑
91
°
。
[0019]上述结构的制备方法如下：
[0020]首先在C面平片蓝宝石衬底上通过MOCVD法生长GaN成核层，GaN成核层厚度为200nm
‑
400nm,之后在其上外延生长厚度为4μm
‑
6μm的非故意掺杂GaN层，再外延生长1μm
‑
3μm厚度的n
‑
GaN层，再通过刻蚀的方法，在n
‑
GaN层上形成锥形图案，其中锥形的侧壁方向沿晶体<112>面，之后在锥形图案的GaN成核层上再通过MOCVD法生长厚度为20nm
‑
50nm的InGaN/GaN超晶格前阱，前阱之上为30nm
‑
80nm的InGaN/GaN多量子阱结构，在其上再生长10nm
‑
20nm的AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层，再生长厚度不小于200nm的p
‑
GaN层。再通过磁控溅射的方法形成反光层和金属电极。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0022]1.p型层与下部结构接触的表面积增加，从而提高了p型层的面积，增加了空穴注入量，进而增强了复合作用和发光效能；
[0023]2.锥形顶角为一特定角度，具体为为84
°‑
91
°
，使InGaN/GaN多量子阱发光层沿<112>面生长，降低了极化作用的影响；
[0024]3.InGaN/GaN多量子阱发光层由于与空气界面接触面积更大，提高了光提取效率；
[0025]4.样品生长更加均匀，提高了显色指数。
附图说明
[0026]图1是本公开实施例提供的基于C面蓝宝石衬底的半极性锥形LED截面结构图。
[0027]图2是本公开实施例步骤中生长到n
‑
GaN层的截面结构图。
[0028]图3是本公开实施例步骤中生长到n
‑
GaN层并刻蚀之后的截面结构图。
[0029]图4是本公开实施例基于C面蓝宝石衬底的半极性锥形LED出光示意图。
[0030]图5是本公开实施例基于C面蓝宝石衬底的半极性锥形LED结构宏观示意图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0032]结合图1到图3所示，所述基于C面蓝宝石衬底的半极性锥形LED结构，包括：
[0033]C面蓝宝石衬底；
[0034]GaN成核层，位于所述C面蓝宝石衬底上；
[0035]非故意掺杂GaN层，位于所述低温成核层上；
[0036]n
‑
GaN层，位于所述非故意掺杂GaN层上；
[0037]InGaN/GaN超晶格前阱，位于所述InGaN/GaN超晶格前阱上；
[0038]InGaN/GaN多量子阱发光层，位于所述n
‑
GaN层上；
[0039]AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层，位于所述InGaN/GaN多量子阱发光层上；
[0040]p
‑
GaN层，位于所述AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层上；
[0041]反光层，位于所述p
‑
GaN层上，材质为铝及其氧化物；
[0042]金属电极，位于所述反光层上。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于C面蓝宝石衬底的半极性锥形LED结构，其特征在于，包括：C面蓝宝石衬底；GaN成核层，位于所述C面蓝宝石衬底上；非故意掺杂GaN层，位于所述低温成核层上；n
‑
GaN层，位于所述非故意掺杂GaN层上；InGaN/GaN超晶格前阱，位于所述n
‑
GaN层上；InGaN/GaN多量子阱发光层，位于所述InGaN/GaN超晶格前阱上；AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层，位于所述InGaN/GaN多量子阱发光层上；p
‑
GaN层，位于所述AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层上；反光层，位于所述p
‑
GaN层上；金属电极，位于所述反光层上。2.根据权利要求1所述的一种基于C面蓝宝石衬底的半极性锥形LED结构，其特征在于，所述n
‑
GaN层上形成有锥形图案，其中锥形的侧壁方向沿晶体<112>面，锥形图案的倾角为84
°‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇轩，黄永，陈兴，吴勇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学芜湖研究院，
类型：发明
国别省市：