專利名稱：一種可獲得三基色光的發(fā)光二極管結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電技術領域，特別是可獲得三基色光的發(fā)光二極管結構。
背景技術：
目前，以GaN材料為代表的II1-V族氮化物半導體材料，在紫外/藍光/綠光LED、激光器、光電探測器，以及在高溫高頻大功率電子器件領域有著廣泛的應用。在GaN基發(fā)光二極管LED及激光器LD結構中，有源發(fā)光層的禁帶寬度決定了 LED或LD器件的出射光波長。自1970年來，可以發(fā)出紅色到黃色光譜范圍光的LED或LD器件已經比較成熟，而要得到高效短波長的出射光仍是目前的一個難題。若能擴大LED器件的發(fā)光波長到短波光源范圍，獲得三基色的紅光、綠光和藍光，則在全彩顯示器領域有著較好的應用前景。同時，短波激光器可以產生相干光源以及應用于高密度信息存儲領域?，F(xiàn)有技術中，GaN材料的禁帶寬度為3.4eV，InN材料的禁帶寬度為1.9eV，從而InGaN化合物半導體材料可以獲得整個可見光波段的出射光。當In組分為20-30%時，可以得到藍光；In組分為40-50%時，可以得到綠光，而In組分為100%時，得到的則是紅光。通過對In含量大小的控制可以得到較短波長的藍光和綠光，但是In含量的增加會使InGaN化合物材料變的不穩(wěn)定，出現(xiàn)分凝現(xiàn)象，從而有源層的禁帶寬度變得不均一，導致光純度下降。同時，有源層與緩沖層之間晶格常數(shù)的差異，導致有源層的結晶質量較差，降低了半導體器件的發(fā)光效率。圖1為傳統(tǒng)的發(fā)光半導體裝置示意圖。如圖所示，這類的發(fā)光半導體裝置包括藍寶石襯底200，在此襯底上依次形成金屬氮化物緩沖層210，GaN緩沖層120，η型半導體層130、有源層150以及P型半導體層240。由于有源層與藍寶石襯底之間具有晶格常數(shù)的差異，故較難獲得In組分含量較高的有源層。
發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的是提供了一種可獲得三基色光的發(fā)光二極管結構。它通過組分漸變結構的異變InGaN緩沖層，改善發(fā)光半導體裝置有源層的結晶質量，獲得整個可見光波段的出射光。為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案以如下方式實現(xiàn):
一種可獲得三基色光的發(fā)光二極管結構，它包括位于底部的藍寶石襯底、形成于藍寶石襯底上的金屬氮化物緩沖層和置于頂部的P型半導體層。其結構特點是，所述金屬氮化物緩沖層上依次置有異變InGaN緩沖層和InGaN有源層。異變InGaN緩沖層中的In組分含量隨著材料外延生長參數(shù)的改變呈線性增加，InGaN緩沖層的厚度范圍為0.1 100 μ m,In組分含量從O線性增加至X，組分X的取值范圍為O < X < I。在上述發(fā)光二極管結構中，所述藍寶石襯底采用藍寶石、碳化硅、硅、砷化鎵、氮化鋁和氮化鎵襯底材料中的一種。在上述發(fā)光二極管結構中，所述金屬氮化物緩沖層于低溫下形成于藍寶石襯底上，其厚度為10 1000埃，材料采用GaN、InGaN, AlN或者AlGaN。一種可獲得三基色光的發(fā)光二極管結構，它包括位于底部的藍寶石襯底、形成于藍寶石襯底上的金屬氮化物緩沖層和置于頂部的P型半導體層。其結構特點是，所述金屬氮化物緩沖層上依次置有異變InGaN緩沖層和InGaN有源層。異變InGaN緩沖層采用一層或者多層具有固定In組分的InGaN材料疊加而成，并且每層中的In組分含量隨沉積層數(shù)的增加而遞增。每層InGaN材料的厚度為0.1 100 μ m, In組分含量y的取值范圍為O
<y < I。在上述發(fā)光二極管結構中，所述藍寶石襯底采用藍寶石、碳化硅、硅、砷化鎵、氮化鋁和氮化鎵襯底材料中的一種。在上述發(fā)光二極管結構中，所述金屬氮化物緩沖層于低溫下形成于藍寶石襯底上，其厚度為10 1000埃，材料采用GaN、InGaN, AlN或者AlGaN。本發(fā)明由于采用了上述結構，通過In組分漸變的異變InGaN緩沖層，取代傳統(tǒng)技術中的GaN緩沖層，降低襯底材料與有源層材料之間的晶格失配度，改善發(fā)光半導體裝置有源層的結晶質量。本發(fā)明還可以通過控制有源發(fā)光層中In的組分含量，以獲得適合藍光、綠光和紅光的禁帶寬度。下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。
圖1為現(xiàn)有技術中發(fā)光二極管結構的剖面示意圖。圖2為本發(fā)明實施例一發(fā)光二極管結構的剖面示意圖。圖3為本發(fā)明實施例二發(fā)光二極管結構的剖面示意圖。
具體實施例方式實施例一
參看圖2，本發(fā)明包括位于底部的藍寶石襯底200、依次形成于藍寶石襯底200上的金屬氮化物緩沖層210、異變InGaN緩沖層221、InGaN有源層230和P型半導體層240。異變InGaN緩沖層221中的In組分含量隨著材料外延生長參數(shù)的改變呈線性增加，InGaN緩沖層221的厚度范圍為0.1 100 μ m，In組分含量從O線性增加至X，組分X的取值范圍為O
<X < I。藍寶石襯底200采用藍寶石、碳化硅、硅、砷化鎵、氮化鋁和氮化鎵襯底材料中的一種。金屬氮化物緩沖層210于低溫下形成于藍寶石襯底200上,其厚度為10 1000埃，具體材料采用GaN、InGaN, AlN或者AlGaN。本實施例中，通過調整InGaN材料的外延生長技術，控制總的生長速率不變，調節(jié)兩種或多種III族原子的生長速率比，使In的生長速率線性增加(對應的Ga的生長速率線性減少)，在金屬氮化物緩沖層210上形成厚度為0.1Mm-1OOMm的異變InGaN緩沖層221。其中In組分含量由O線性增加至0.3，接著，更高In組分含量的Ina5GaN有源層230形成于異變InGaN緩沖層221之上，厚度為10-100埃。P型半導體層240形成于Ina5GaN有源層230之上。實施例二
參看圖3，本實施例與實施例一相比，區(qū)別在于異變InGaN緩沖層221采用一層或者多層具有固定In組分的InGaN材料疊加而成，并且每層中的In組分含量隨沉積層數(shù)的增加而遞增。每層InGaN材料的厚度為0.1 100 μ m, In組分含量y的取值范圍為O < y < I。本實施例中，異變InGaN緩沖層221由三層InGaN緩沖層組成。其中每層InGaN緩沖層的In組分均為固定值，分別為0.1、0.2和0.3，每層InGaN緩沖層的典型厚度為0.1 100 μ m。接著，In組分含量為0.5的Ina5GaN有源層230形成于異變InGaN緩沖層221之上，P型半導體層240形成于InGaN有源層230之上。與現(xiàn)有技術中的GaN緩沖層120材料相比，異變InGaN緩沖層221材料能夠有效減小材料中的穿透位錯密度，提高材料晶體質量。在GaN緩沖層上形成的InGaN有源層中In的含量可以達到20%，而在In含量為30%的InGaN化合物層上形成的InGaN有源層中In的含量可以達到50%。因此，InGaN有源層230形成于異變InGaN緩沖層221上具有更高的In含量和更低的晶格失配度，從而能夠產生高質量的藍、綠或紅色的出射光。
權利要求
1.一種可獲得三基色光的發(fā)光二極管結構，它包括位于底部的藍寶石襯底(200)、形成于藍寶石襯底(200)上的金屬氮化物緩沖層(210)和置于頂部的P型半導體層(240)，其特征在于，所述金屬氮化物緩沖層(210)上依次置有異變InGaN緩沖層(221)和InGaN有源層(230)，異變InGaN緩沖層(221)中的In組分含量隨著材料外延生長參數(shù)的改變呈線性增加，InGaN緩沖層(221)的厚度范圍為0.1 IOOym, In組分含量從O線性增加至X，組分X的取值范圍為O < X < I。
2.根據權利要求1所述的可獲得三基色光的發(fā)光二極管結構，其特征在于，所述藍寶石襯底(200 )采用藍寶石、碳化硅、硅、砷化鎵、氮化鋁和氮化鎵襯底材料中的一種。
3.根據權利要求1或2所述的可獲得三基色光的發(fā)光二極管結構，其特征在于，所述金屬氮化物緩沖層(210)于低溫下形成于藍寶石襯底(200)上，其厚度為10 1000埃，材料采用 GaN、InGaN, AlN 或者 AlGaN。
4.一種可獲得三基色光的發(fā)光二極管結構，它包括位于底部的藍寶石襯底(200)、形成于藍寶石襯底(200)上的金屬氮化物緩沖層(210)和置于頂部的P型半導體層(240)，其特征在于，所述金屬氮化物緩沖層(210)上依次置有異變InGaN緩沖層(221)和InGaN有源層(230)，異變InGaN緩沖層(221)采用一層或者多層具有固定In組分的InGaN材料疊加而成，并且每層中的In組分含量隨沉積層數(shù)的增加而遞增；每層InGaN材料的厚度為0.1 IOOym, In組分含量y的取值范圍為O < y < I。
5.根據權利要求4所述的可獲得三基色光的發(fā)光二極管結構，其特征在于，所述藍寶石襯底(200 )采用藍寶石、碳化硅、硅、砷化鎵、氮化鋁和氮化鎵襯底材料中的一種。
6.根據權利要求4或5所述的可獲得三基色光的發(fā)光二極管結構，其特征在于，所述金屬氮化物緩沖層(210)于低溫下形成于藍寶石襯底(200)上，其厚度為10 1000埃，材料采用 GaN、InGaN, AlN 或者 AlGaN。
全文摘要
一種可獲得三基色光的發(fā)光二極管結構，涉及光電技術領域。本發(fā)明包括位于底部的藍寶石襯底、形成于藍寶石襯底上的金屬氮化物緩沖層和置于頂部的P型半導體層。其結構特點是，所述金屬氮化物緩沖層上依次置有異變InGaN緩沖層和InGaN有源層。異變InGaN緩沖層中的In組分含量隨著材料外延生長參數(shù)的改變呈線性增加，InGaN緩沖層的厚度范圍為0.1～100μm，In組分含量從0線性增加至x，組分x的取值范圍為0＜x＜1。同現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過組分漸變結構的異變InGaN緩沖層，改善發(fā)光半導體裝置有源層的結晶質量，獲得整個可見光波段的出射光。
文檔編號H01L33/32GK103165776SQ20111041949
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權日2011年12月15日
發(fā)明者劉剛, 吳東海, 李志翔 申請人:南通同方半導體有限公司, 同方股份有限公司