本實(shí)用新型涉及發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有放大器的氮化鎵發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管（簡(jiǎn)稱“LED”）是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，它利用半導(dǎo)體材料內(nèi)部的導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴發(fā)生輻射復(fù)合，是以光子形式釋放能量而直接發(fā)光的。通過設(shè)計(jì)不同的半導(dǎo)體材料禁帶寬度，發(fā)光二極管可以發(fā)射從紅外到紫外不同波段的光。

氮化鎵基發(fā)光二極管以其具有高效、節(jié)能、長(zhǎng)壽命以及開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)在世界范圍內(nèi)得到廣泛發(fā)展。氮化鎵基發(fā)光二極管發(fā)出藍(lán)光，激發(fā)熒光粉得到黃光，與原來的藍(lán)光混合得到白光。通過快速的開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)通信功能，因此基于氮化鎵的白光LED兼有照明和通信的雙重功能。目前照明通信共用的白光LED恒流驅(qū)動(dòng)電路與信號(hào)放大電路集成在一起，互相影響，限制了白光LED的通信速率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有照明通信共用的氮化鎵LED恒流驅(qū)動(dòng)電路與信號(hào)放大電路相互影響，通信速率低的問題，提出一種集成放大電路的氮化鎵LED結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的目的至少通過如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。

一種具有放大器的氮化鎵發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其從下至少依次包括襯底、氮化鎵緩沖層的一部分、N型GaN導(dǎo)電層、多量子阱有源區(qū)、P型氮化鎵導(dǎo)電層、電流擴(kuò)展層、P電極；氮化鎵緩沖層（絕緣層）的另一部分往上依次設(shè)有高阻氮化鎵溝道層、AlGaN勢(shì)壘層；AlGaN勢(shì)壘層上設(shè)有源歐姆電極和柵電極；所述二極管結(jié)構(gòu)包含晶體管電流放大電路；電流放大電路由所述氮化鎵緩沖層、AlGaN勢(shì)壘層、源歐姆電極及柵電極組成；

所述的一種具有放大器的氮化鎵發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中，所述電流放大電路為GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管組成。電流放大電路位于常規(guī)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中的N電極區(qū)域；GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)的二維電子氣與發(fā)光二極管的N型導(dǎo)電層連接。

進(jìn)一步優(yōu)化地，所述GaN緩沖層是GaN成核層和非故意摻雜GaN層，其中GaN成核層厚度為10-100 nm，非故意摻雜GaN層厚度為100-4000 nm；

進(jìn)一步優(yōu)化地，所述N型GaN導(dǎo)電層的硅摻雜濃度2×10¹⁸cm^-3-2×10¹⁹cm^-3。

進(jìn)一步優(yōu)化地，所述多量子阱有源區(qū)為周期性交疊的InGaN勢(shì)壘層和GaN勢(shì)阱層；

進(jìn)一步優(yōu)化地，所述P型氮化鎵導(dǎo)電層中鎂的摻雜濃度2×10¹⁸cm^-3-2×10²⁰cm^-3。

制備所述的具有一種具有放大器的氮化鎵發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟：

(1)按常規(guī)方法在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）反應(yīng)室里生長(zhǎng)氮化鎵LED外延片，從下至少依次包括襯底、非摻雜GaN緩沖層、N型GaN導(dǎo)電層、多量子阱有源區(qū)、P型氮化鎵導(dǎo)電層、二氧化硅掩模層；

(2)將(1)最終所得樣品取出，沉積二氧化硅；

(3)將(2)最終所得樣品通過光刻技術(shù)，去除部分二氧化硅，保留掩模區(qū)域的二氧化硅；

(4)將(3)所得樣品放入感應(yīng)耦合等離子刻蝕設(shè)備內(nèi)對(duì)去除部分二氧化硅的部位進(jìn)行GaN刻蝕，刻蝕至非摻雜GaN緩沖層；

(5)將(4)所得樣品放入金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）反應(yīng)室內(nèi)，在（4）的刻蝕部位生長(zhǎng)非故意摻雜的氮化鎵層；

(6)在（5）所得樣品的非故意摻雜的氮化鎵層上生長(zhǎng)AlGaN勢(shì)壘層；

(7)將(6)所得樣品取出反應(yīng)室,沉積TiAu,光刻在AlGaN勢(shì)壘層上制備源電極歐姆接觸，并刻蝕去掉二氧化硅掩模層；

(8)在（7）所得樣品的P型氮化鎵導(dǎo)電層上制備P型電流擴(kuò)展層和P電極歐姆接觸；

(9)在（8）所得樣品上的AlGaN勢(shì)壘層上制備柵肖特基接觸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有氮化鎵基LED工作電流大，分離控制電路響應(yīng)頻率低的問題，提出一種集成放大電路的氮化鎵基LED結(jié)構(gòu)，避免了分離器件電路連接存在的寄生電容、電感，將控制LED通斷的電極設(shè)計(jì)在芯片內(nèi)部，可以縮短發(fā)光器件的光電響應(yīng)時(shí)間，改善發(fā)光器件整體的響應(yīng)頻率，提高基于氮化鎵基LED的可見光通信速率。

附圖說明

圖1 為常規(guī)的氮化鎵基LED結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

圖2 為本實(shí)用新型的氮化鎵基LED結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

圖3 為本實(shí)用新型的氮化鎵基LED制備流程圖。

圖4 為本實(shí)用新型和傳統(tǒng)分離器件的時(shí)間分辨發(fā)光曲線。

圖中：1、襯底；2、非摻雜GaN緩沖層；3、N型GaN導(dǎo)電層；4、多量子阱有源區(qū)；5、P型氮化鎵導(dǎo)電層；6、電流擴(kuò)展層；7、P電極；8、高阻氮化鎵溝道層；9、AlGaN勢(shì)壘層；10、源電極；11、柵電極；12、N電極；13、二氧化硅掩模層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施和保護(hù)不限于此。

一種具有放大器的氮化鎵發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，如圖2所示，所述發(fā)光二極管自下而上依次為1、襯底；2、非摻雜GaN緩沖層；3、N型GaN導(dǎo)電層；4、多量子阱有源區(qū)；5、P型氮化鎵導(dǎo)電層；6、電流擴(kuò)展層；7、P電極；8、高阻氮化鎵層；9、AlGaN勢(shì)壘層；10、源電極；11、柵電極；12、N電極；13、二氧化硅掩模層。

作為一種實(shí)例，一種具有放大器的氮化鎵發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備步驟如下：

(1).將藍(lán)寶石襯底放入金屬有機(jī)化學(xué)氣相化學(xué)沉積設(shè)備中，按照常規(guī)方法生長(zhǎng)氮化鎵基LED外延片；

(2). 將（1）所述的樣品取出反應(yīng)室，沉積二氧化硅，厚度為100nm，如圖3中(a)所示；

(3). 將（2）所述的樣品采用光刻技術(shù)，去除部分二氧化硅，保留掩模區(qū)域的二氧化硅，如圖3中(b)所示；

(4). 將（3）所述的樣品放入感應(yīng)耦合等離子刻蝕設(shè)備內(nèi)，進(jìn)行氮化鎵刻蝕，如圖3中(c)所示；

(5). 將（4）所述的樣品清洗后放入金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)，依次生長(zhǎng)高阻氮化鎵層（非故意摻雜的氮化鎵）、AlGaN勢(shì)壘層,如圖3中(d)所示；

(6). 將（5）所述的樣品從設(shè)備中取出，清洗后，沉積TiAu多層，光刻后，制備源電極，之后800攝氏度退化30秒，制備源歐姆接觸,如圖3中(e)所示；

(7). 將（6）所述的樣品清洗后，沉積氧化銦錫，厚度150nm，作為P型電流擴(kuò)展層；

(8). 將（7）所述的樣品清洗后,沉積CrAu, 厚度分別是100nm和100nm，作為P歐姆接觸，如圖3中(f)所示；

(9). 將（8）所述的樣品清洗后，沉積NiAu,厚度分別是20nm和300 nm，作為柵電極，如圖2所示。

作為實(shí)例，如圖4，為本實(shí)用新型和傳統(tǒng)分離器件的時(shí)間分辨發(fā)光曲線。在圖4中，虛線為本實(shí)用新型的結(jié)果，實(shí)線為傳統(tǒng)分離器件的結(jié)果，縱坐標(biāo)為相對(duì)光強(qiáng),橫坐標(biāo)是時(shí)間，單位是納秒。集成放大電路的氮化鎵基LED結(jié)構(gòu)，避免了分離器件電路連接存在的寄生電容、電感，將控制LED通斷的電極設(shè)計(jì)在芯片內(nèi)部，可以縮短發(fā)光器件的光電響應(yīng)時(shí)間，改善發(fā)光器件整體的響應(yīng)頻率，提高基于氮化鎵基LED的可見光通信速率。

以上制得的二極管結(jié)構(gòu)包含高電子遷移率晶體管電流放大電路。所述高電子遷移率晶體管電流放大電路包括非摻雜氮化鎵絕緣層、鋁鎵氮?jiǎng)輭緦?、源歐姆電極及柵電極組成。

進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施地，所述GaN緩沖層是GaN成核層和非故意摻雜GaN層，其中GaN成核層厚度為10-100 nm，非故意摻雜GaN層厚度為100-4000 nm；所述N型GaN導(dǎo)電層的硅摻雜濃度2×10¹⁸cm^-3-2×10¹⁹cm^-3；所述多量子阱有源區(qū)為周期性的InGaN勢(shì)壘層和GaN勢(shì)阱層；P型導(dǎo)電層中鎂的摻雜濃度2×10¹⁸cm^-3-2×10²⁰cm^-3。