專利名稱：一種襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于GaN基發(fā)光管及 其制作方法。
背景技術(shù)：
隨著第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵的突破和藍(lán)、綠、白光發(fā)光二極管的問世，繼半導(dǎo)體 技術(shù)引發(fā)微電子革命之后，又在孕育一場(chǎng)新的產(chǎn)業(yè)革命——照明革命，其標(biāo)志是半導(dǎo)體燈 將逐步替代白熾燈和熒光燈。由于半導(dǎo)體照明(亦稱固態(tài)照明)具有節(jié)能、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)、 環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，如同晶體管替代電子管一樣，半導(dǎo)體燈替代傳統(tǒng)的白熾燈和熒 光燈，也是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然和大勢(shì)所趨。目前用于半導(dǎo)體照明的發(fā)光管(LED)主要是 GaN材料系，大多數(shù)的GaNLED是在Al2O3單晶襯底上外延生長(zhǎng)多層GaN系材料薄膜制備的。 但是由于Al2O3單晶不導(dǎo)電，所以這種LED只能作成同面電極結(jié)構(gòu)，即正負(fù)電極都在外延層 一面，電流是在n-GaN薄層中橫向流動(dòng)的，電流密度大，會(huì)產(chǎn)生熱量，而Al2O3單晶襯底的導(dǎo) 熱特性也不好，這樣這種同面電極Al2O3單晶襯底結(jié)構(gòu)LED很難獲得大功率輸出。于是人 們提出制備垂直結(jié)構(gòu)LED。X. A. Cao等人在文獻(xiàn)“APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 85， NUMBER 18，2004，p3971”就報(bào)道了研制的一種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管。這種器件如圖1所示，由η 型GaN單晶襯底1，襯底1上外延生長(zhǎng)的η型GaN緩沖層和下限制層2，下限制層2上制備 的GaN材料系多量子阱發(fā)光層3，發(fā)光層3上制備的ρ型GaN上限制層4，上限制層4上面 制備的InGaN蓋層5，蓋層5上面制備的上電極6，襯底1下面制備的下電極7等部件構(gòu)成。由于目前制備的GaN單晶襯底價(jià)格昂貴，且沒有大批量產(chǎn)業(yè)化，造成制備的LED成 本高。人們又把目光投向到單晶襯底制備技術(shù)比較成熟，已經(jīng)有大批量產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品的SiC 單晶襯底上，制備了一些SiC襯底發(fā)光管。SiC襯底價(jià)格適中，同時(shí)SiC晶格和GaN匹配較好，且單晶襯底導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能都 比較好。可是，由于SiC材料折射率較大，有源區(qū)發(fā)出的光大部分被襯底吸收，因而出光率 低。為了克服上述GaN基發(fā)光管產(chǎn)業(yè)化制備的這一困難，本發(fā)明提出一種新型襯底出 光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管及制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述GaN基發(fā)光管的這一問題，利用SiC襯底晶格和GaN 匹配較好，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能都比較好，且制備技術(shù)比較成熟，已經(jīng)有大批量產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品， 同時(shí)價(jià)格適中的優(yōu)點(diǎn)，提供一種新型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種新型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管(見附圖2和附圖說 明)，依次由襯底1、襯底1上外延生長(zhǎng)的η型GaN緩沖層和下限制層2、下限制層2上制備 的GaN材料系多量子阱發(fā)光層3、發(fā)光層3上制備的ρ型GaN上限制層4、上限制層4上面制備的P型蓋層5、蓋層5上面制備的上電極6，襯底1下面制備的下電極7構(gòu)成， 其特征在于上電極6制備成兼有反射鏡功能，同時(shí)為了彌補(bǔ)光在金屬反射鏡反射時(shí)的位 相損失，在蓋層5和上電極6之間生長(zhǎng)一層ρ型hy(iai_yN位相匹配層8，上電極6全部覆蓋 在位相匹配層8的上面，襯底1是η型SiC單晶襯底，為了減緩SiC材料折射率較大影響出 光率，在襯底1的襯底面80 95%的面積上制備一層ZnO薄膜9，而在襯底1的襯底面其 余的5 20%面積上制備下電極7。該種發(fā)光管為倒裝(即外延層面向下，裝配焊接在支架或熱沉上)，襯底出光結(jié) 構(gòu)，出光方向如箭頭12所示。進(jìn)一步地為了減緩ZnO材料折射率仍較大影響出光率問題，本發(fā)明又提出一種透 明介質(zhì)薄膜型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管(見附圖3和


)，依次由襯底1、 襯底1上外延生長(zhǎng)的η型GaN緩沖層和下限制層2、下限制層2上制備的GaN材料系多量子 阱發(fā)光層3、發(fā)光層3上制備的ρ型GaN上限制層4、上限制層4上面制備的ρ型hx(;ai_xN 蓋層5、蓋層5上面制備的上電極6，襯底1下面制備的下電極7構(gòu)成，其特征在于上電極 6制備成兼有反射鏡功能，在蓋層5和上電極6之間生長(zhǎng)一層ρ型Iny^vyN位相匹配層8， 上電極6全部覆蓋在位相匹配層8的上面，襯底1是η型SiC單晶襯底，在襯底1的襯底面 80 95%的面積上制備一層ZnO薄膜9，而在襯底1的襯底面其余的5 20%面積上制備 下電極7，為了進(jìn)一步減緩ZnO材料折射率仍較大影響出光率，在ZnO薄膜9下面再制備一 層折射率介于ZnO材料折射率和空氣折射率之間的透明介質(zhì)薄膜10，其厚度為50納米 3微米，或制備一層摻有黃光熒光粉(摻雜的質(zhì)量濃度為2 30%)的這種透明介質(zhì)薄膜 10。進(jìn)一步地為了減緩ZnO材料折射率仍較大影響出光率問題，本發(fā)明還提出一種 ZnO納米線襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管(見附圖4和

)，依次由襯底1、襯 底1上外延生長(zhǎng)的η型GaN緩沖層和下限制層2、下限制層2上制備的GaN材料系多量子 阱發(fā)光層3、發(fā)光層3上制備的ρ型GaN上限制層4、上限制層4上面制備的ρ型hxGai_xN 蓋層5、蓋層5上面制備的上電極6，襯底1下面制備的下電極7構(gòu)成，其特征在于上電極 6制備成兼有反射鏡功能，在蓋層5和上電極6之間生長(zhǎng)一層ρ型Iny^vyN位相匹配層8， 上電極6全部覆蓋在位相匹配層8的上面，襯底1是η型SiC單晶襯底，在襯底1的襯底面 80 95%的面積上制備一層ZnO薄膜9，而在襯底1的襯底面其余的5 20%面積上制備 下電極7，為了減緩ZnO材料折射率仍較大光被反射回發(fā)光區(qū)，影響出光率，在SiO薄膜9下 面再制備一層ZnO納米線11。進(jìn)一步地為了提高出光率，上述兩種改進(jìn)方案可以同時(shí)使用，本發(fā)明提出一種SiO 納米線和透明介質(zhì)復(fù)合型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管(見附圖5和

)，依次 由襯底1、襯底1上外延生長(zhǎng)的η型GaN緩沖層和下限制層2、下限制層2上制備的GaN材 料系多量子阱發(fā)光層3、發(fā)光層3上制備的ρ型GaN上限制層4、上限制層4上面制備的ρ 型hx(iai_xN蓋層5、蓋層5上面制備的上電極6，襯底1下面制備的下電極7構(gòu)成，其特征在 于上電極6制備成兼有反射鏡功能，在蓋層5和上電極6之間生長(zhǎng)一層ρ型hy(iai_yN位相 匹配層8，上電極6全部覆蓋在位相匹配層8的上面，襯底1是η型SiC單晶襯底，在襯底1 的襯底面80 95%的面積上制備一層ZnO薄膜9，而在襯底1的襯底面其余的5 20%面 積上制備下電極7，為了減緩ZnO材料折射率仍較大光被反射回發(fā)光區(qū)，影響出光率，在ZnO薄膜9下面再制備一層ZnO納米線11，在ZnO納米線11下面再制備一層折射率介于ZnO材 料折射率和空氣折射率之間的透明介質(zhì)薄膜10，或制備一層摻有黃光熒光粉(摻雜的質(zhì)量 濃度為2 30% )的這種透明介質(zhì)薄膜10。前面所述的發(fā)光管的制備方法，其步驟如下A、采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積方法在襯底1上依次制備η型GaN緩沖層和下 限制層2、GaN材料系多量子阱發(fā)光層3、ρ型GaN上限制層4、ρ型hx(;ai_xN蓋層5、ρ型 hyGai_yN位相匹配層8 ；各層材料的厚度、摻雜粒子的種類及摻雜粒子的濃度均可采用常規(guī) 技術(shù)，ρ型LyGi^yN位相匹配層8的厚度需經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算，其厚度要求是以發(fā)光層3發(fā)出 的主要波長(zhǎng)的光為參考光，參考光在位相匹配層8中產(chǎn)生的位相移動(dòng)能夠彌補(bǔ)光被上電極 6反射時(shí)的位相損失，使反射光和入射光相干增強(qiáng)；B、在ρ型MyGi^yN位相匹配層8的上面制備上電極6，上電極6的材料為Au、Ni-Au, Ti-Au, Zn-Au, Pt-Au, Ti-Pt-Au, Ti-Ni-Au 或 Ni-Pt-Au，上電極 6 采用熱蒸鍍、電子束蒸鍍或磁控激射方法制備；C、然后將襯底1減薄至80 150微米，在襯底1的襯底面上，采用分子束外延 MBE、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、脈沖激光沉積(PLD)、濺射(Sputtering)、電子束 蒸發(fā)、噴涂熱解或溶膠凝膠Sol-gel)等方法，特別是使用我們發(fā)明的ZL02100436. 6號(hào)和 ZL200410011164. 0號(hào)專利所述的ZnO薄膜專用生長(zhǎng)MOCVD設(shè)備，采用MOCVD方法生長(zhǎng)制備 ZnO薄膜9和ZnO納米線11 ；D、在ZnO薄膜9或ZnO納米線11的下面采用熱蒸鍍、電子束蒸鍍、化學(xué)氣相沉積 (CVD)、磁控激射或涂覆的方法制備透明介質(zhì)薄膜10或摻雜質(zhì)量濃度為2 30%的摻有黃 光熒光粉的透明介質(zhì)薄膜10，透明介質(zhì)薄膜10的材料是Si02、ZrO2, TiO2, Ta2O5或HF& ；E、光刻去掉襯底1的5 20%襯底面上的ZnO薄膜9、Zn0納米線11和透明介質(zhì) 薄膜10 ；F、在露出的襯底1的襯底面上采用光刻膠剝離工藝蒸鍍下電極7，下電極7材料為 Au、Ni-Au, Ti-Au, Zn-Au, Pt-Au, Ti-Pt-Au, Ti-Ni-Au 或 Ni-Pt-Au，蒸鍍下電極 7 的方法是 熱蒸鍍、電子束蒸鍍或磁控激射方法；G、劃片，從而制備得到邊長(zhǎng)200微米 3毫米的方形管芯；將管芯倒裝，即將上電 極6焊接在熱沉或支架上，便制備得到發(fā)光管。本發(fā)明的效果和益處本發(fā)明可以克服Al2O3單晶不導(dǎo)電，散熱不好的缺點(diǎn)；可以規(guī)避GaN單晶襯底價(jià)格 昂貴問題；同時(shí)可以克服SiC材料折射率較大，有源區(qū)發(fā)出的光大部分被襯底吸收或反射， 出光率低的問題，提高發(fā)光管的輸出功率和亮度。

圖1 :GaN單晶襯底GaN基垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 新型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 透明介質(zhì)薄膜型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管結(jié)構(gòu)示意圖；圖4 =ZnO納米線襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管結(jié)構(gòu)示意圖；圖5 =ZnO納米線和透明介質(zhì)復(fù)合型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管結(jié)構(gòu)示意
6圖。圖中部件1為襯底，2為η型GaN緩沖層和下限制層，3為GaN材料系多量子阱 發(fā)光層，4為ρ型GaN上限制層，5為ρ型hxGai_xN蓋層，6為上電極，7為下電極，8為ρ型 ^iyGivyN位相匹配層，9為ZnO薄膜，10為透明介質(zhì)薄膜，11為ZnO納米線，12為出光方向
故々I
目IJ大。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例和實(shí)施工藝。實(shí)施例1 新型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管。這種新型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā) 光管結(jié)構(gòu)見附圖2，依次由襯底1、襯底1上外延生長(zhǎng)的η型GaN緩沖層和下限制層2、下限 制層2上制備的GaN材料系多量子阱發(fā)光層3、發(fā)光層3上制備的ρ型GaN上限制層4、上 限制層4上面制備的ρ型hx(iai_xN蓋層5、蓋層5上面制備的上電極6，襯底1下面制備的 下電極7構(gòu)成，其特征在于上電極6制備成兼有反射鏡功能，同時(shí)為了彌補(bǔ)光在金屬反射 鏡反射時(shí)的位相損失，在蓋層5和上電極6之間生長(zhǎng)一層ρ型hyGai_yN位相匹配層8，上電 極6全部覆蓋在位相匹配層8和蓋層5上面，襯底1是η型SiC單晶襯底，為了減緩SiC材 料折射率較大影響出光率，在襯底1下面制備一層ZnO薄膜9，電極7只是覆蓋5% 20% 面積制備在襯底1下面。其制備過程為，采用η型SiC單晶片為襯底1，厚度一般為300 500微米用目前 成熟的常規(guī)MOCVD工藝在襯底1上生長(zhǎng)1 10微米的η型(如摻Si)GaN緩沖層和下限 制層2，載流子濃度為IOw 102°/cm3，然后生長(zhǎng)非摻雜的GaN材料系多量子阱發(fā)光層3，其 厚度和結(jié)構(gòu)可采用常規(guī)技術(shù)，再生長(zhǎng)0. 2 2微米的ρ型GaN上限制層4，載流子濃度為 IO17 1019/cm3，再生長(zhǎng)0. 02 0. 5微米的ρ型InxGai_xN蓋層5，再接著生長(zhǎng)厚度經(jīng)過嚴(yán)格 計(jì)算的ρ型hy(iai_yN位相匹配層8，其厚度要求以有源區(qū)發(fā)出的主要波長(zhǎng)的光為主要參考 光，在位相匹配層8產(chǎn)生的位相移動(dòng)，可以彌補(bǔ)光在金屬反射鏡反射時(shí)的位相損失，使反射 光和入射光相干增強(qiáng)。蓋層5和相匹配層8中的h組分χ和y值可以在0 1之間選擇 調(diào)節(jié)，χ和y可以是不同的值，也可以是相同的值，如果是相同的值，則蓋層5和位相匹配層 8可以合并生長(zhǎng)，其厚度仍需嚴(yán)格計(jì)算達(dá)到反射光和入射光相干增強(qiáng)的目的；外延片制備 好后，蒸鍍上電極6，蒸鍍的金屬選用Ni-Au，由于金屬Ni具有較好的反光特性，上電極6又 可以起到反射鏡的作用；然后將襯底1減薄至80 150微米，再在襯底1下面使用我們發(fā) 明的02100436. 6號(hào)和ZL200410011164. 0號(hào)專利所述的ZnO薄膜專用生長(zhǎng)MOCVD設(shè)備，采 用MOCVD方法生長(zhǎng)制備ZnO薄膜9，其厚度為50納米 5微米，然后用常規(guī)的光刻工藝刻蝕 去掉5 20%的區(qū)域的ZnO薄膜9，初步實(shí)驗(yàn)所用采用的光刻膠為BP212正性光刻膠，所用 光刻膠為勞動(dòng)二型光刻機(jī)，在這一區(qū)域露出襯底1 ；再在這一露出襯底1的區(qū)域用常規(guī)光刻 膠剝離工藝蒸鍍下電極7，下電極7用Ti-Ni-Au三元合金材料或分三層蒸鍍。然后進(jìn)行劃 片，從而制備得到邊長(zhǎng)200微米 3毫米的方形管芯；將管芯倒裝，即將上電極6焊接在熱 沉或支架上，便制備得到發(fā)光管。實(shí)施例2 透明介質(zhì)薄膜型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管。這種透明介質(zhì)薄膜型襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管結(jié)構(gòu)見附圖3，其特征在于上電極6制備成兼有反射鏡功能， 在蓋層5和上電極6之間生長(zhǎng)一層ρ型Iny^vyN位相匹配層8，上電極6全部覆蓋在位相匹 配層8和蓋層5上面，襯底1是η型SiC單晶襯底，在襯底1下面制備一層ZnO薄膜9，為了 減緩ZnO材料折射率仍較大影響出光率，在ZnO薄膜9下面再制備一層折射率介于ZnO材 料折射率和空氣折射率之間的透明介質(zhì)薄膜10，或制備一層摻有黃光熒光粉(摻雜的質(zhì)量 濃度為2 30% )的這種透明介質(zhì)薄膜10，電極7只是覆蓋5% 20%面積制備在襯底1 下面。其制備過程中的外延片生長(zhǎng)，上電極6的制備，襯底減薄工藝及其ZnO薄膜9生長(zhǎng) 制備工藝同實(shí)施例1 ；同實(shí)施例1不同的工藝是ΖηΟ薄膜9生長(zhǎng)后用電子束蒸鍍一層S^2 薄膜，厚度為50nm至2微米；然后用常規(guī)的光刻工藝刻蝕去掉5 20%的區(qū)域的ZnO薄膜 9和SiO2薄膜，在這一區(qū)域露出襯底1，再在這一露出襯底1的區(qū)域用常規(guī)光刻膠剝離工藝 蒸鍍下電極7，下電極7用Ti-Ni-Au三元合金材料或分三層蒸鍍。然后進(jìn)行劃片，從而制備 得到邊長(zhǎng)200微米 3毫米的方形管芯；將管芯倒裝，即將上電極6焊接在熱沉或支架上， 便制備得到發(fā)光管。實(shí)施例3 ZnO納米線襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管。這種ZnO納米線襯底出光SiC襯 底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管結(jié)構(gòu)見附圖4，其特征在于上電極6制備成兼有反射鏡功能，在蓋層5 和上電極6之間生長(zhǎng)一層ρ型Iny^vyN位相匹配層8，上電極6全部覆蓋在位相匹配層8和 蓋層5上面，襯底1是η型SiC單晶襯底，在襯底1下面制備一層ZnO薄膜9，為了減緩ZnO 材料折射率仍較大光被反射回發(fā)光區(qū)，影響出光率，在ZnO薄膜9下面再制備一層ZnO納米 線11，電極7只是覆蓋5% 20%面積制備在襯底1下面。其制備過程中的外延片生長(zhǎng)，上電極6的制備，襯底減薄工藝及其ZnO薄膜9生長(zhǎng) 制備工藝同實(shí)施例1 ；同實(shí)施例1不同的工藝是=ZnO薄膜9生長(zhǎng)后接著在MOCVD設(shè)備中生 長(zhǎng)一層ZnO納米線11，ZnO納米線11的厚度為50納米 5微米，單根納米線的尺度為5 2000nm，在MOCVD設(shè)備中生長(zhǎng)SiO薄膜9和ZnO納米線11工藝的主要區(qū)別在于溫度控制，使 用我們發(fā)明的02100436. 6號(hào)和ZL200410011164. 0號(hào)專利所述的ZnO薄膜專用生長(zhǎng)MOCVD 設(shè)備時(shí)，生長(zhǎng)ZnO薄膜9的溫度一般控制在400 800°C，而生長(zhǎng)ZnO納米線11時(shí)溫度一 般控制在100 400°C ；然后用常規(guī)的光刻工藝刻蝕去掉5 20%的區(qū)域的ZnO薄膜9和 ZnO納米線11，在這一區(qū)域露出襯底1，再在這一露出襯底1的區(qū)域用常規(guī)光刻膠剝離工藝 蒸鍍下電極7，下電極7用Ti-Ni-Au三元合金材料或分三層蒸鍍。然后進(jìn)行劃片，從而制備 得到邊長(zhǎng)200微米 3毫米的方形管芯；將管芯倒裝，即將上電極6焊接在熱沉或支架上， 便制備得到發(fā)光管。
權(quán)利要求
1.一種襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管，依次由襯底(1)、襯底(1)上外延生長(zhǎng)的η 型GaN緩沖層和下限制層O)、下限制層( 上制備的GaN材料系多量子阱發(fā)光層(3)、發(fā) 光層⑶上制備的P型GaN上限制層⑷、上限制層⑷上面制備的ρ型InGaN蓋層(5)、 蓋層( 上面制備的上電極(6)、襯底(1)下面制備的下電極(7)構(gòu)成，其特征在于上電 極(6)制備成兼有反射鏡功能，同時(shí)在蓋層(5)和上電極(6)之間生長(zhǎng)一層pShyGai_yN 位相匹配層(8)，上電極(6)全部覆蓋在位相匹配層(8)的上面，襯底(1)是η型SiC單晶 襯底，在襯底(1)的襯底面80 95%的面積上制備一層ZnO薄膜(9)，而在襯底(1)的襯 底面其余的5 20%面積上制備下電極(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管，其特征在于在ZnO 薄膜(9)下面再制備一層折射率介于ZnO材料折射率和空氣折射率之間的透明介質(zhì)薄膜 (10)，其厚度為50納米 3微米。
3.如權(quán)利要求ι所述的一種襯底出光Sic襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管，其特征在于在aio薄 膜(9)下面再制備一層摻雜質(zhì)量濃度為2 30%的摻有黃光熒光粉的透明介質(zhì)薄膜(10)， 其厚度為50納米 3微米。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管，其特征在于透 明介質(zhì)薄膜(10)的材料是SiO2, ZrO2, TiO2, Ta2O5或HFO20
5.如權(quán)利要求ι所述的一種襯底出光Sic襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管，其特征在于在aio薄 膜(9)下面再制備一層ZnO納米線(11)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管，其特征在于在SiO納 米線(11)下面再制備一層折射率介于ZnO材料折射率和空氣折射率之間的透明介質(zhì)薄膜 (10)。
7.如權(quán)利要求5所述的一種襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管，其特征在于在SiO 納米線(11)下面再制備一層摻雜質(zhì)量濃度為2 30%的摻有黃光熒光粉透明介質(zhì)薄膜 (10)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的一種襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管，其特征在于透 明介質(zhì)薄膜(10)的材料是SiO2, ZrO2, TiO2, Ta2O5或HFO20
9.權(quán)利要求1、2、3、5、6、7任何一項(xiàng)所述的襯底出光SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管的制備方 法，其步驟如下A、采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積方法在襯底(1)上依次制備η型GaN緩沖層和下限制 層(2)、GaN材料系多量子阱發(fā)光層(3)、ρ型GaN上限制層(4)、ρ型InxGa1^xN蓋層(5)、ρ Shy^VyN位相匹配層(8)；其中ρ型InyGai_yN位相匹配層(8)的厚度符合要求，即以GaN 材料系多量子發(fā)光層( 發(fā)出的主要波長(zhǎng)的光為參考光，參考光在位相匹配層(8)中產(chǎn)生 的位相移動(dòng)能夠彌補(bǔ)光被上電極(6)反射時(shí)的位相損失，使反射光和入射光相干增強(qiáng)；B、在ρShy^vyN位相匹配層⑶的上面制備上電極㈩)，上電極(6)的材料為Au、 Ni-Au, Ti-Au, Zn-Au, Pt-Au, Ti-Pt-Au, Ti-Ni-Au 或 Ni_Pt_Au，上電極(6)采用熱蒸鍍、電 子束蒸鍍或磁控激射方法制備；C、然后將襯底(1)減薄至80 150微米，在襯底(1)的襯底面上，采用分子束外延、金 屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積、濺射、電子束蒸發(fā)、噴涂熱解或溶膠凝膠法制備ZnO 薄膜(9)和非必需的ZnO納米線(11)；D、在ZnO薄膜(9)或ZnO納米線(11)的下面采用熱蒸鍍、電子束蒸鍍、化學(xué)氣相沉積、 磁控激射或涂覆的方法制備透明介質(zhì)薄膜(10)或摻雜質(zhì)量濃度為2 30%的摻有黃光熒 光粉的透明介質(zhì)薄膜(10)，透明介質(zhì)薄膜(10)的材料是5叫、&02、1102、1^205或冊(cè)02;E、光刻去掉襯底(1)5 20%襯底面上的ZnO薄膜(9)、ZnO納米線(11)和透明介質(zhì) 薄膜(10)；F、在露出的襯底(1)的襯底面上采用光刻膠剝離工藝蒸鍍下電極(7)，下電極7材料為 Au、Ni-Au, Ti-Au, Zn-Au, Pt-Au, Ti-Pt-Au, Ti-Ni-Au 或 Ni-Pt-Au，蒸鍍下電極(7)的方法 是熱蒸鍍、電子束蒸鍍或磁控激射方法；G、劃片，從而制備得到邊長(zhǎng)200微米 3毫米的方形管芯；將管芯倒裝，即將上電極6 焊接在熱沉或支架上，便制備得到發(fā)光管。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及幾種GaN基發(fā)光管及其制備方法。器件由襯底、襯底上外延生長(zhǎng)的n型GaN緩沖層和下限制層2、GaN材料系多量子阱發(fā)光層3、p型GaN上限制層4、p型InxGa1-xN蓋層5、上電極6，下電極7構(gòu)成，特征在于上電極6制備成兼有反射鏡功能，在蓋層5和上電極6之間生長(zhǎng)一層p型InyGa1-yN位相匹配層8，襯底1是n型SiC單晶襯底，在襯底1下面制備一層ZnO薄膜9或再制備一層ZnO納米線11，電極7只是覆蓋5％～20％面積制備在襯底1下面。本發(fā)明利用SiC襯底晶格和GaN匹配較好，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能都比較好，價(jià)格適中的優(yōu)點(diǎn)，提供一種新型大功率SiC襯底垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光管及其制備方法。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102064250SQ201010554940
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者李萬程, 杜國(guó)同, 梁紅偉 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)