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發(fā)光二極管外延結構的制作方法

文檔序號:6965305閱讀:275來源:國知局
專利名稱:發(fā)光二極管外延結構的制作方法
技術領域
本實用新型涉及一種半導體光電子技術領域,尤其涉及一種發(fā)光二極管外延結 構。
背景技術
大功率發(fā)光二極管(led)主要用在鐵路照明、道路照明、井下照明,正在向民用照 明發(fā)展,其節(jié)能環(huán)保效果顯著?,F(xiàn)有大功率藍光發(fā)光二極管的外延結構是在襯片層的上面 自下至上依次設有藍寶石襯底、低溫GaN (氮化鎵)緩沖層、N-GaN接觸、InGaN (銦氮化稼)/ GaN發(fā)光層、P+GaN接觸、Ni (鎳)/Au(金)透明導電層。但是,該外延結構由于GaN與其襯 底藍寶石的晶格失配度相當大,也就是GaN與藍寶石Al2O3晶格不匹配,所以在藍寶石上生 長GaN加大電流容易造成大量的晶格缺陷,而這些缺陷過多就會造成p-n結發(fā)生隧道擊穿, 從而大大降低器件抗靜電能力,容易導致器件失效,影響其性能參數(shù),導致這種外延結構做 出的成管容易損害,其最大飽和電流每平方厘米500A,最大飽和電流太小,不能滿足單顆 3W\5W照明的要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種抗靜電能力好且最大飽和電流大的 發(fā)光二極管外延結構。為解決上述技術問題,本實用新型的技術方案是發(fā)光二極管外延結構,包括采用 金剛石材料制成的金剛石襯底層;設于所述金剛石襯底層上的氮化鎵緩沖層;設于所述氮 化鎵緩沖層上的半導體層,所述半導體層包括N型氮化鎵半導體層、發(fā)光層以及P型氮化鎵 半導體層,所述發(fā)光層位于所述N型氮化鎵半導體層與P型氮化鎵半導體層之間;第一電 極,所述第一電極電連接N型氮化鎵半導體層;第二電極,所述第二電極電連接P型氮化鎵 半導體層。作為一種優(yōu)選的技術方案,所述金剛石襯底層的厚度為50-200 μ m。作為一種優(yōu)選的技術方案,所述發(fā)光層為銦鎵氮/氮化鎵量子阱發(fā)光層。作為一種優(yōu)選的技術方案,所述發(fā)光二極管外延結構還包括第一透明導電層,所 述第一電極通過所述第一透明導電層電連接所述N型氮化鎵半導體層。作為一種優(yōu)選的技術方案,所述發(fā)光二極管外延結構還包括第二透明導電層,所 述第二電極通過所述第二透明導電層電連接所述P型氮化鎵半導體層。作為一種優(yōu)選的技術方案,所述第一透明導電層和第二透明導電層均為由硅原子 層、鎳原子層、鈹原子層和金原子層依次疊加生長的硅/鎳/鈹/金透明導電層。采用了上述技術方案后,本實用新型的有益效果是該發(fā)光二極管外延結構的襯 底層為金剛石襯底層,將金剛石作為襯底生長氮化鎵,由于金剛石與氮化鎵的晶格匹配較 好,從而使得發(fā)光二極管外延生長結構優(yōu)良,缺陷小。而且金剛石具有高導熱性能,將金剛 石作為襯底,能將發(fā)光二極管內(nèi)部產(chǎn)生的熱量盡快疏導出去,降低了發(fā)光二極管內(nèi)部的溫度,提高了二極管的最大飽和電流,在加大電流的情況下發(fā)光效率仍繼續(xù)增加,延長了發(fā)光 二極管壽命,可作為照明光源的大功率發(fā)光二極管外延結構。
以下結合附圖
和具體實施例對本實用新型進一步詳細說明附圖是本實用新型實施例的結構示意圖圖中1、金剛石襯底層;2、氮化鎵緩沖層;3、N型氮化鎵半導體層;4、發(fā)光層;5、P 型氮化鎵半導體層;6、第一透明導電層;7、第二透明導電層;8、第一電極;9、第二電極。
具體實施方式
發(fā)光二極管外延結構,如附圖所示,包括采用金剛石材料制成的金剛石襯底層 1 ;設于所述金剛石襯底層1上的氮化鎵緩沖層2 ;設于所述氮化鎵緩沖層2上的半導體層, 所述半導體層包括N型氮化鎵半導體層3、發(fā)光層4以及P型氮化鎵半導體層5,所述發(fā)光 層4為銦鎵氮/氮化鎵量子阱發(fā)光層,所述發(fā)光層4位于所述N型氮化鎵半導體層3與P 型氮化鎵半導體層5之間,且所述發(fā)光層4位于所述N型氮化鎵半導體層3的部分區(qū)域上, 所述N型氮化鎵半導體層3部分暴露在外的區(qū)域上設有第一透明導電層6,所述第一透明導 電層6上連接有第一電極8,在所述P型氮化鎵半導體層5上設有第二透明導電層7,所述 第二透明導電層7上設有第二電極9。本實用新型實施例優(yōu)選的設計有第一透明導電層6和第二透明導電層7,所述第 一透明導電層6和所述第二透明導電層7能擴散電流,使得發(fā)光層的各個區(qū)域發(fā)光均勻,避 免電流過大,擊穿p-n結。而且本實用新型采用的第一透明導電層6和第二透明導電層7 均為由硅原子層、鎳原子層、鈹原子層和金原子層依次疊加生長的硅/鎳/鈹/金透明導電 層,其中利用了硅原子層的透明導電性能,鎳原子層的強附著性和結合力,鈹原子層的連接 作用,金原子層的牢固性,且金原子層用于接電極7。從而,采用四層的硅/鎳/鈹/金透明 導電層能使得電流擴展效果好,保證器件的穩(wěn)定性,增強半導體器件的使用壽命。而且,本實用新型金剛石襯底的厚度選擇要合適,太厚容易造成浪費且起反作用, 太薄不易控制。本實施例中優(yōu)選的金剛石襯底層1的厚度為50-200 μ m。本實用新型的工作原理首先,在金剛石上生長氮化鎵,金剛石是一種優(yōu)良的襯底材料。目前,一般生長氮 化鎵的襯底多用藍寶石,藍寶石的晶格常數(shù)比氮化鎵約大16%,即藍寶石與氮化鎵的晶格 失配度在16%左右,藍寶石與氮化鎵不匹配;而金剛石襯底的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)均與 氮化鎵非常接近,適合作為氮化鎵的襯底材料。另外,金剛石具有高的導熱率,能及時疏導半導體材料內(nèi)部聚集的熱量,使得led 內(nèi)部發(fā)光層處于較低溫度狀態(tài),在電流增大的情況下,led發(fā)光效率繼續(xù)增大,從而,提高了 led最大飽和電流。通過實際生產(chǎn)研究表明,本實用新型采用金剛石襯底,改進了外延生長條件,增強 了外延片的抗靜電能力,提高了其最大飽和電流,其最大飽和電流為藍寶石襯底的5倍,而 且,耐高溫,光強在室溫升高到420°C時不衰減,大大提高了發(fā)光二極管的使用壽命。這種外 延片做出的芯片具有優(yōu)越的穩(wěn)定性,打開了用大功率紫外光推廣綠色節(jié)能環(huán)保led照明的
4大門。以下表格中的數(shù)據(jù)表現(xiàn)了兩種不同外延結構做成的芯片用同一材質(zhì)、同一工藝封 裝成led的最大飽和電流比較(表一)表一
權利要求發(fā)光二極管外延結構,其特征在于包括采用金剛石材料制成的金剛石襯底層;設于所述金剛石襯底層上的氮化鎵緩沖層;設于所述氮化鎵緩沖層上的半導體層,所述半導體層包括N型氮化鎵半導體層、發(fā)光層以及P型氮化鎵半導體層,所述發(fā)光層位于所述N型氮化鎵半導體層與P型氮化鎵半導體層之間;第一電極,所述第一電極電連接N型氮化鎵半導體層;第二電極,所述第二電極電連接P型氮化鎵半導體層。
2.如權利要求1所述的發(fā)光二極管外延結構,其特征在于所述金剛石襯底層的厚度 為 50-200 μ m。
3.如權利要求1或2所述的發(fā)光二極管外延結構,其特征在于所述發(fā)光層為銦鎵氮/ 氮化鎵量子阱發(fā)光層。
4.如權利要求1所述的發(fā)光二極管外延結構,其特征在于所述發(fā)光二極管外延結構 還包括第一透明導電層,所述第一電極通過所述第一透明導電層電連接所述N型氮化鎵半 導體層。
5.如權利要求4所述的發(fā)光二極管外延結構,其特征在于所述發(fā)光二極管外延結構 還包括第二透明導電層,所述第二電極通過所述第二透明導電層電連接所述P型氮化鎵半 導體層。
6.如權力要求4或5所述的發(fā)光二極管外延結構,其特征在于所述第一透明導電層 和第二透明導電層均為由硅原子層、鎳原子層、鈹原子層和金原子層依次疊加生長的硅/ 鎳/鈹/金透明導電層。
專利摘要本實用新型公開了一種發(fā)光二極管外延結構,所述發(fā)光二極管外延結構的襯底層為金剛石襯底層,將金剛石作為襯底生長氮化鎵,由于金剛石與氮化鎵的晶格匹配較好,從而使得發(fā)光二極管外延生長結構優(yōu)良,缺陷小。而且金剛石具有高導熱性能,將金剛石作為襯底,能將發(fā)光二極管內(nèi)部產(chǎn)生的熱量盡快疏導出去,降低了發(fā)光二極管內(nèi)部的溫度,提高了二極管的最大飽和電流,在加大電流的情況下發(fā)光效率仍繼續(xù)增加,延長了發(fā)光二極管壽命,可作為照明光源的大功率發(fā)光二極管外延結構。
文檔編號H01L33/12GK201699048SQ20102015262
公開日2011年1月5日 申請日期2010年4月1日 優(yōu)先權日2010年4月1日
發(fā)明者吉愛華, 李玉芝 申請人:濰坊廣生新能源有限公司
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