專利名稱：制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
氮化鎵材料是第三代半導(dǎo)體材料，禁 帶寬度為3. 4ev,由于它的性質(zhì)穩(wěn)定，又是波長位于藍(lán)紫光的直接帶隙發(fā)光材料，因此是制造藍(lán)紫光發(fā)光二極管(LED)，高遷移率晶體管的材料，國家半導(dǎo)體照明把氮化鎵材料列為中心。但是目前氮化鎵發(fā)光二極管面臨著諸多問題，尤其是在綠光發(fā)光二極管。由于氮化鎵綠光發(fā)光二極管需要的更高的In組分，但是高In組分，產(chǎn)生的較大的應(yīng)カ使得綠光發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率較低。所以研究如何增強綠光發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率顯得非常重要。由于氮化鎵綠光發(fā)光二極管需要的更高的In組分，但是高In組分，產(chǎn)生的較大的應(yīng)カ使得綠光發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率較低。所以研究如何增強綠光發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率顯得非常重要。本發(fā)明采用金屬等離子體效應(yīng)，所產(chǎn)生局域化的等離子模式(LSP)來增強綠光發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率，從而是解決綠光發(fā)光二極管效率低這ー難題的方法之一。目前等離子增強內(nèi)量子效率的方法很多，但是都是單層的金屬，例如金或者銀金屬，這種單層的金屬納米粒子的制作方法需要高溫退火處理來實現(xiàn)，高溫脫火處理影響氮化鎵和銦鎵氮材料質(zhì)量，使之變壞。同時單層金屬的等離子增強峰是有限的，不能很好地同綠光發(fā)光二極管的發(fā)射波長很好的匹配。本方法不但制作金屬等離子體的是不需要高溫退火處理的，可以避免因為高溫退火而帶來的影響。同時采用的銀、金核殼結(jié)構(gòu)能夠很好地調(diào)節(jié)等離子體的增強峰位，使之能夠更好地增強綠光發(fā)光ニ極管的內(nèi)量子效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，其是利用金屬的核殼結(jié)構(gòu)的等離子體增強綠光發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。本發(fā)明提供一種制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟步驟I :取ー襯底；步驟2 :在襯底上依次外延生長U-GaN層、n-GaN層、多量子阱層和p_GaN耦合層；步驟3 :在p-GaN稱合層上生長納米金屬層；步驟4 :在納米金屬層上生長ー P-GaN蓋層；步驟5 :在P-GaN蓋層上生長ー p_GaN電流擴展層，完成外延結(jié)構(gòu)的制備。其中襯底的材料為硅、藍(lán)寶石或氮化鎵，襯底的表面是平面或微圖形PSS，或者納米圖形。其中P-GaN耦合層的摻雜濃度為IO1Vcm3，厚度為20_70nm。其中納米金屬層的生長方式是通過傾斜電子束蒸鍍生長。其中納米金屬層的材料為銀和金的核殼結(jié)構(gòu)。
其中納米金屬層的核殼結(jié)構(gòu)為單層或者多層組合。其中P-GaN蓋層的摻雜濃度為1019/cm3，厚度為10_50nm。其中多量子講層的發(fā)光波長為490_540nm。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的一種制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，其是利用金屬的核殼結(jié)構(gòu)的等離子體增強綠光發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率 。


為使審查員能進(jìn)ー步了解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征及其目的，以下結(jié)合附圖及較佳具體實施例的詳細(xì)說明如后，其中圖1-4是本發(fā)明的制作流程圖。圖5a、b為本發(fā)明的核殼結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式請參閱圖1-4所示，本發(fā)明提供一種制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟步驟I :取ー襯底10 (參閱圖I)，其中襯底10的材料為硅、藍(lán)寶石或氮化鎵，襯底10的表面是平面或微圖形PSS，或者納米圖形步驟2 :襯底10上依次外延生長U-GaN層I l、n_GaN層12、多量子阱層13和p_GaN耦合層14 (參閱圖I)，多量子阱層13的發(fā)光波長為490-540nm。p-GaN耦合層14是調(diào)節(jié)MQW(多量子阱)與等離子體的相互耦合距離。等離子體同MQW(多量子阱)的耦合存在著最佳耦合距離，距離受MQW的發(fā)射波長和等離子增強峰位的影響。選擇適當(dāng)?shù)木嚯x能夠使得綠光發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率得到最大的提升。步驟3 :在p-GaN耦合層14上生長納米金屬層15 (參閱圖2)，其中納米金屬層15的生長方式是通過傾斜電子束蒸鍍(EB)生長.傾斜生長金屬的可以自組裝形成納米粒子，避免高溫退火エ藝。金屬納米粒子為金和銀的單層或者多層的核殼結(jié)構(gòu)(參閱圖5a、b)，這種結(jié)構(gòu)的獨特之處是能夠大范圍調(diào)節(jié)等離子體的增強峰位，使其能夠準(zhǔn)確地同綠光發(fā)光ニ極管的波長想匹配，從而大大提高綠光發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。傳統(tǒng)的核殼結(jié)構(gòu)等離子體制作大都是通過化學(xué)沉積技術(shù)來實現(xiàn)，這種方法的制作核殼結(jié)構(gòu)存在著諸多問題，例如エ藝可控性差，核殼結(jié)構(gòu)質(zhì)量不佳，大面積生長難度大等。本發(fā)明采用的是全新的傾斜電子束蒸鍍(EB)生長技術(shù)，這種技術(shù)不但エ藝簡單，成本低廉，可靠性高，而且能夠?qū)崿F(xiàn)大面積制作核殼結(jié)構(gòu)等離子體。這種技術(shù)能夠迅速地產(chǎn)業(yè)界所應(yīng)用，從而能很好的解決“綠黃光帶問題”。步驟4 :納米金屬層15生長ー層P-GaN蓋層16 (參閱圖3)，其中P-GaN蓋層16摻雜濃度為1019/cm3，厚度為10-50nm. P-GaN蓋層16的作用是覆蓋等離子體金屬層，防止電注入時因為等離子體金屬引入而引起的漏電。步驟5 =P-GaN蓋層16上生長p_GaN電流擴展層17 (參閱圖4)。p_GaN電流擴展層的作用是作為發(fā)光二極管單元的電流擴展層，它的摻雜濃度為1019/cm3。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟 步驟I:取ー襯底； 步驟2 :在襯底上依次外延生長U-GaN層、n-GaN層、多量子阱層和p_GaN耦合層； 步驟3 :在p-GaN耦合層上生長納米金屬層； 步驟4 :在納米金屬層上生長ー P-GaN蓋層； 步驟5 :在P-GaN蓋層上生長ー p-GaN電流擴展層，完成外延結(jié)構(gòu)的制備。
2.如權(quán)利要求I所述的制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，其中襯底的材料為硅、藍(lán)寶石或氮化鎵，襯底的表面是平面或微圖形PSS，或者納米圖形。
3.如權(quán)利要求I所述的制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，其中P-GaN耦合層的摻雜濃度為IO1Vcm3，厚度為20-70nm。
4.如權(quán)利要求I所述的制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，其中納米金屬層的生長方式是通過傾斜電子束蒸鍍生長。
5.如權(quán)利要求4所述的制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，其中納米金屬層的材料為銀和金的核殼結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，其中納米金屬層的核殼結(jié)構(gòu)為單層或者多層組合。
7.如權(quán)利要求I所述的制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，其中P-GaN蓋層的摻雜濃度為1019/cm3，厚度為10-50nm。
8.如權(quán)利要求I所述的制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，其中多量子阱層的發(fā)光波長為490-540nm。
全文摘要
一種制備氮化鎵綠光發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟步驟1取一襯底；步驟2在襯底上依次外延生長u-GaN層、n-GaN層、多量子阱層和p-GaN耦合層；步驟3在p-GaN耦合層上生長納米金屬層；步驟4在納米金屬層上生長一P-GaN蓋層；步驟5在P-GaN蓋層上生長一p-GaN電流擴展層，完成外延結(jié)構(gòu)的制備。本發(fā)明是利用金屬的核殼結(jié)構(gòu)的等立體增強綠光發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。
文檔編號H01L33/00GK102623588SQ20121009356
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者伊?xí)匝? 劉志強, 孫波, 王國宏, 趙麗霞, 魏學(xué)成 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所