專利名稱：一種照明用氮化鎵基發(fā)光二極管器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件中發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種照明用 氮化鎵基發(fā)光二極管器件。
背景技術(shù)：
如文獻(xiàn)F.A. Ponce and D.P. Bour， Nitride-based semiconductors for blue and green light-emitting devices, Nature, 3126 ( 1997) 351禾卩文獻(xiàn)Shuji Nakamura, Gerhard Fasol, "The Blue Laser Diode, —GaN based light emitters and lasers", Springer-Verlage Berlin Heidelberg, New York, (1997)所述，在
徘徊了二十多年之后，GaN基半導(dǎo)體薄膜的生長于二十世紀(jì)九十年代初有 了飛速的發(fā)展。
如文獻(xiàn) Shuji Nakamura， e/.a/. "Candela-class highbrightness InGaN/AlGaN double-heterost認(rèn)t腦 blue-light-emitting diodes, ^ / /.尸/7^丄e仏64(13): 16127-129,1994 、 文獻(xiàn)Shuji Nakamura, w.a/. "InGaN-based multi-quantum-well-structure laser diodes", Jpn丄Appl, Phys. 35: L74-76, 1996禾口文獻(xiàn)F.Binet, e/.a/. "Mechanisms of recombination in GaN photodetectors， y^p/.P/7，. Lert. 69(9): 1202-04, 1996所述，隨著對P-GaN， InGaN研究的突破，用其化合物研制出了 GaN基藍(lán)/綠光LED、 GaN基激 光二極管(LD)、 GaN基紫外探測器等。
盡管GaN基LED已有部分產(chǎn)業(yè)化，但仍存在著大量的問題和有待改 進(jìn)的地方。
首先，由于現(xiàn)有n型InGaN的電子密度(1019/cm3)和遷移率 UOOcmVVs)都遠(yuǎn)高于p型GaN (IO'W和10cm2/Vs),所以pn結(jié)的 耗盡層則基本上是存在于p型GaN —側(cè)，這對以n型InGaN為有源層的 發(fā)光二極管來說是矛盾的，存在著大量的電子-空穴非輻射復(fù)合。因此，二 極管的發(fā)光效率很低。
其次，必需在低溫(600°C-900。C)和氮氣(N2)氣氛下生長InGaN 有源層，而后繼生長p型GaN則需要在高溫(1050°C)和氫氣(H2)氣 氛中進(jìn)行，這就造成了一個很大的溫度切換(約400。C溫差)、 一個很大 的氣流擾動(環(huán)境氣氛切換)和一個大的晶格失配。因此，在二極管中很 難形成優(yōu)質(zhì)的pn異質(zhì)結(jié)。
(一) 要解決的技術(shù)問題
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種照明用氮化鎵基發(fā)光二極 管器件，以提高二極管的發(fā)光效率，在二極管中形成優(yōu)質(zhì)的pn異質(zhì)結(jié)。
(二) 技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的 一種照明用氮化鎵基發(fā)光二極管器件，該二極管器件包括
p型襯底(3);
在p型襯底(3)上依次外延生長的p型GaN基化合物(5)、p型InGaN 有源層(7)和n型GaN基化合物(4);
在n型GaN基化合物(4)上制備的n型透明電極(12);和 在p型襯底(3)的背面制備的p型電極(11)。
所述p型襯底(3)為p型碳化硅SiC、 p型砷化鎵GaAs或p型硅Si 三者之一；所述p型電極(U)為反射型的p型電極，或為透明的p型電
所述n型GaN基化合物(4)為n型GaN、 n型AlGaN或n型InGaN 三種化合物的任意一種，或者為n型GaN、 n型AlGaN或n型InGaN三 種化合物的任意組合，所述n型GaN基化合物(4)的禁帶寬度大于p型 InGaN有源層(7)的禁帶寬度。
所述p型GaN基化合物(5)為p型GaN、 p型AlGaN或p型InGaN 三種化合物的任意一種，或者為p型GaN、 p型AlGaN或p型InGaN三 種化合物的任意組合，所述p型GaN基化合物(5)的禁帶寬度大于p型 InGaN有源層(7)的禁帶寬度
發(fā)明內(nèi)容
所述p型InGaN有源層(7)發(fā)出的光子能量與其能帶間隙相對應(yīng)， 即Eg二hc/L其中，Eg為禁帶寬度，h為普朗克常數(shù)，c為光速，入為波長， 該有源層(7)與n型GaN基化合物(4)接觸形成pn異質(zhì)結(jié)，所述p型 InGaN有源層(7)的禁帶寬度小于n型GaN基化合物(4)禾卩p型GaN 基化合物(5)的禁帶寬度。(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、 利用本發(fā)明，可以使pn結(jié)電子-空穴復(fù)合發(fā)光區(qū)與整個耗盡層基本 重合。由于n型GaN中電子的濃度和遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于p型InGaN中空穴 的濃度和遷移率，故電子從n型GaN向p型InGaN的擴散要遠(yuǎn)多于空穴 從p型GaN向n型InGaN的擴散，pn結(jié)耗盡層主要存在于p型InGaN — 側(cè)，因此選擇p型InGaN為有源區(qū)，從而使電子-空穴復(fù)合發(fā)光區(qū)與耗盡 層相一致，使發(fā)光區(qū)擴大了數(shù)倍，提高了電子-空穴的復(fù)合效率，進(jìn)而提高 了 pn結(jié)GaN基LED器件的發(fā)光效率。2、 利用本發(fā)明，改善了 GaN基LED的白光光譜特性。由于目前的 GaN基LED白光光譜是由一個窄藍(lán)光峰和一個寬的熒光粉黃光峰疊加而 成，因此它的白光光譜是一有起伏的曲線，藍(lán)光峰越窄，這種起伏越大， 白光光譜越差。而以p型InGaN為有源區(qū)所構(gòu)成pri同質(zhì)結(jié)和pn異質(zhì)結(jié)， 能夠產(chǎn)生較寬的藍(lán)光峰，兩個較寬峰的疊加就可以形成較為平坦的白光光 譜，這在色度學(xué)上極為重要。另一方面，較寬的藍(lán)光峰對激發(fā)熒光粉也較 為有效，從而可以提高熒光粉對藍(lán)光光子的轉(zhuǎn)化效率，改善GaN基LED 的白光光譜特性。


圖1為本發(fā)明提供的照明用氮化鎵基發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實
施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的照明用氮化鎵基發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)的示意圖，該二極管器件為ppn雙異質(zhì)結(jié)GaN基LED器件，具體包括 p型襯底(3);在p型襯底(3)上依次外延生長的p型GaN基化合物(5)、 p型InGaN有源層(7)和n型GaN基化合物(4);在n型GaN基化合物 (4)上制備的n型透明電極(12);和在p型襯底(3)的背面制備的p 型電極(11)。 '制備所述照明用氮化鎵基發(fā)光二極管器件，是在p型襯底(3)上依 次外延生長p型GaN基化合物(5)、 p型InGaN有源層(7)禾[l n型GaN 基化合物(4)，在n型GaN基化合物(4)上制備大面積的n型透明電極 (12)、以及接線柱；然后在p型襯底(3)的背面制備p型電極(11)。對于圖1中所述的照明用氮化鎵基發(fā)光二極管器件而言，所述p型襯 底(3)為p型碳化硅SiC、 p型砷化鎵GaAs或p型硅Si三者之一；所述 p型電極(11)為反射型的p型電極，或為透明的p型電極。所述n型GaN基化合物(4)為n型GaN、 n型AlGaN或n型InGaN 三種化合物的任意一種，或者為n型GaN、 n型AlGaN或n型InGaN三 種化合物的任意組合，所述n型GaN基化合物(4)的禁帶寬度大于p型 InGaN有源層(7)的禁帶寬度。所述p型GaN基化合物(5)為p型GaN、 p型AlGaN或p型InGaN 三種化合物的任意一種，或者為p型GaN、 p型AlGaN或p型InGaN三 種化合物的任意組合，所述p型GaN基化合物(5)的禁帶寬度大于p型 InGaN有源層(7)的禁帶寬度。所述p型InGaN有源層(7)，其發(fā)出的光子能量與其能帶間隙相對應(yīng)， 即Eg二hc/X，其中Eg為禁帶寬度、h為普朗克常數(shù)、c為光速、X為波長， 該有源層(7)與n型GaN基化合物(4)接觸形成pn異質(zhì)結(jié)，所述p型 InGaN有源層(7)的禁帶寬度小于n型GaN基化合物(4)和p型GaN 基化合物(5)的禁帶寬度。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而 己，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種照明用氮化鎵基發(fā)光二極管器件，其特征在于，該二極管器件包括p型襯底(3)；在p型襯底(3)上依次外延生長的p型GaN基化合物(5)、p型InGaN有源層(7)和n型GaN基化合物(4)；在n型GaN基化合物(4)上制備的n型透明電極(12)；和在p型襯底(3)的背面制備的p型電極(11)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用氮化鎵基發(fā)光二極管器件，其特征 在于，所述p型襯底(3)為p型碳化硅SiC、 p型砷化鎵GaAs或p型硅Si三者之一；所述p型電極(11)為反射型的p型電極，或為透明的p型電極。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用氮化鎵基發(fā)光二極管器件，其特征所述n型GaN基化合物(4)為n型GaN、 n型AlGaN或n型InGaN 三種化合物的任意一種，或者為n型GaN、 n型AlGaN或n型InGaN三 種化合物的任意組合，所述n型GaN基化合物(4)的禁帶寬度大于p型 InGaN有源層(7)的禁帶寬度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用氮化鎵基發(fā)光二極管器件，其特征 在于，所述p型GaN基化合物(5)為p型GaN、 p型AlGaN或p型InGaN 三種化合物的任意一種，或者為p型GaN、 p型AlGaN或p型InGaN三 種化合物的任意組合，所述p型GaN基化合物(5)的禁帶寬度大于p型 hiGaN有源層(7)的禁帶寬度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用氮化鎵基發(fā)光二極管器件，其特征 在于，所述p型InGaN有源層(7)發(fā)出的光子能量與其能帶間隙相對應(yīng)， 即Eg二hc/X，其中，Eg為禁帶寬度，h為普朗克常數(shù)，c為光速，人為波長， 該有源層(7)與n型GaN基化合物(4)接觸形成pn異質(zhì)結(jié)，所述p型 InGaN有源層(7)的禁帶寬度小于n型GaN基化合物(4)和p型GaN 基化合物(5)的禁帶寬度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種照明用氮化鎵基發(fā)光二極管器件，該二極管器件包括p型襯底(3)；在p型襯底(3)上依次外延生長的p型GaN基化合物(5)、p型InGaN有源層(7)和n型GaN基化合物(4)；在n型GaN基化合物(4)上制備的n型透明電極(12)；和在p型襯底(3)的背面制備的p型電極(11)。利用本發(fā)明，可使電子-空穴復(fù)合發(fā)光區(qū)與整個耗盡層基本重合，從而提高了二極管的發(fā)光效率，增加了發(fā)光亮度。
文檔編號H01L33/00GK101118936SQ20061008907
公開日2008年2月6日 申請日期2006年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月2日
發(fā)明者韓培德 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所