提高Si襯底LED出光效率的外延結構及制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種提高Si襯底LED出光效率的外延結構及制備方法。
【背景技術】
[0002]以III族氮化物為材料的白光LEDs正以前所未有的速度高速發(fā)展。白光LEDs具有更高亮度、低能耗、壽命長、響應快、無輻射等優(yōu)點。針對當前能源短缺己成為我國經濟可持續(xù)發(fā)展的制約因素，采用白光LEDs的半導體照明可以減少50%照明用電量，同時還能夠減少環(huán)境污染，因而在一定程度上減少廢氣對全球氣候變化的影響，改善我們的居住環(huán)境。較高的發(fā)光效率使得白光LEDs成為一種非常有前途的通用照明方案。然而，若要真正節(jié)約能源和降低照明費用，還需要進一步的提高半導體照明的性能。
[0003]在眾多LED襯底中，Si襯底的氮化鎵基LED具有最大的應用潛力，但在Si襯底上直接外延GaN材料存在較大的晶格失配和熱失配，且Si材料對光子具有很強的吸收，因此我們需要選擇合適的反光層，且該層能有效緩解Si襯底與外延GaN材料之間較大的晶格失配，最終提高LED的出光效率。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種提高Si襯底LED出光效率的外延結構及制備方法，其可以解決Si襯底與外延GaN材料之間較大的晶格失配、且提高LED出光效率的問題。
[0005]本發(fā)明提供一種提高Si襯底LED出光效率的外延結構，包括:
[0006]—襯底；
[0007]一 BP反光層，其制作在襯底上；
[0008]一氮化鎵緩沖層，其制作在BP反光層上；
[0009]一未摻雜氮化鎵層，其制作在氮化鎵緩沖層上；
[0010]一 η型導電氮化鎵層，其制作在未摻雜氮化鎵層上；
[0011 ] 一多量子阱層，其制作在η型導電氮化鎵層上面的一側，該η型導電氮化鎵層上面的另一側形成一臺面；
[0012]一 P型氮化鋁鎵層，其制作在多量子阱層上；
[0013]一 P型氮化鎵層，其制作在P型氮化鋁鎵層上；
[0014]一接觸層，其制作在P型氮化鎵層上；
[0015]一上電極，其制作在接觸層上；
[0016]一下電極，其制作在η型導電氮化鎵層上面的臺面上。
[0017]本發(fā)明還提供一種提高Si襯底LED出光效率的外延結構的制備方法，包括如下步驟:
[0018]步驟1:在一襯底依次制作BP反光層、緩沖層、未摻雜氮化鎵層、η型導電氮化鎵層、多量子阱層、P型氮化鋁鎵層、P型氮化鎵層和接觸層；
[0019]步驟2:采用光刻的方法，在接觸層表面向下刻蝕，刻蝕深度到達η型導電氮化鎵層的表面，使該η型導電氮化鎵層的一側形成臺面；
[0020]步驟3:在未刻蝕的接觸層上制作上電極；
[0021]步驟4:在η型導電氮化鎵層上的臺面上制作下電極，完成制備。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明通過在Si襯底與緩沖層之間插入BP反光層解決目前存在的Si襯底上外延LED材料質量低下及Si襯底吸光的問題。由于BP反光層晶格常數介于Si襯底與GaN之間，可以明顯的改善GaN的材料質量，此外，BP與GaN之間較大的折射率差也可以有效的反射射向襯底方向的光子，提高LED的光提取效率，最終提高LED的光輸出功率。
【附圖說明】
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，其中:
[0024]圖1是本發(fā)明的LED結構示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明的制備流程圖。
【具體實施方式】
[0026]請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種提高Si襯底LED出光效率的外延結構，包括:
[0027]—襯底 11;
[0028]一 BP反光層12，其制作在襯底11上，所述的BP反光層12的材料為磷化硼，厚度為10-50nm，所述的BP反光層12中硼的組分為0.5，磷的組分為0.5 ；
[0029]—氮化鎵緩沖層13，其制作在BP反光層12上；
[0030]一未摻雜氮化鎵層14，其制作在氮化鎵緩沖層13上；
[0031]一 η型導電氮化鎵層15，其制作在未摻雜氮化鎵層14上；
[0032]一多量子阱層16，其制作在η型導電氮化鎵層15上面的一側，該η型導電氮化鎵層15上面的另一側形成一臺面，所述的多量子阱層16的周期數為3-15，每一周期包括銦鎵氮和制作在其上的鎵氮；
[0033]一 P型氮化鋁鎵層17，其制作在多量子阱層16上；
[0034]一 P型氮化鎵層18，其制作在P型氮化鋁鎵層17上；
[0035]一接觸層19，其制作在P型氮化鎵層18上，所述的接觸層19的材料為銦錫氧、氧化鋅或石墨烯，厚度為300-2000nm ；
[0036]—上電極20，其制作在接觸層19上；
[0037]一下電極21，其制作在η型導電氮化鎵層15上面的臺面上。
[0038]請參閱圖2，并配合參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種提高Si襯底LED出光效率的外延結構的制備方法，采用高純H2或高純N2或高純H2和高純\的混合氣體作為載氣，高純NH3作為N源，金屬有機源三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)作為鎵源，三甲基銦(TMIn)作為銦源，N型摻雜劑為硅烷(SiH4)，三甲基鋁(TMAl)作為鋁源，P型摻雜劑為二茂鎂(CP2Mg)，襯底為(0001)面藍寶石，反應壓力在10mbar到800mbar之間，本發(fā)明包括如下步驟:
[0039]步驟1:將襯底在1000°C的氫氣氣氛里高溫清潔處理10分鐘，然后進行氮化處理；將溫度下降到600°C，調整外延生長氣氛準備生長外延層；在一襯底11依次制作BP反光層12、緩沖層13、未摻雜氮化鎵層14、η型導電氮化鎵層15、多量子阱層16、ρ型氮化鋁鎵層17、ρ型氮化鎵層18和接觸層19 ;其中所述BP反光層12是在600°C、反應腔壓力為500Torr的條件下外延生長的；所述BP生長完后，在650°C、反應腔壓力為500Torr的條件下外延生長緩沖層，厚度為10-40nm ;之后將溫度升高到1080°C、反應腔壓力為400Torr的條件下生長未摻雜的氮化鎵層，厚度為1-2微米；之后在溫度為1000°C、反應腔壓力為10Torr的條件下生長η型導電氮化鎵層，其V/III摩爾比為100，摻雜雜質為硅；η型導電氮化鎵層生長結束后，生長多量子阱層，生長溫度為700°C，生長壓力為lOOTorr，V/III摩爾比為300，多量子阱層由InGaN/GaN多量子阱組成，所述InGaN量子阱層的厚度為2.5nm，所述鎵氮的生長溫度為1010°C ;所述多量子阱層生長結束后，生長厚度為30nm的ρ型氮化鋁鎵層，生長溫度為9500C，生長壓力為10Torr，V/III摩爾比為300 ;所述ρ型氮化鋁鎵層生長結束后，生長厚度為150nm的ρ型氮化鎵層，生長溫度為900°C，反應腔壓力為lOOTorr，V/III摩爾比為100，摻雜雜質為鎂，摻雜濃度為119CnT3;所述ρ型氮化鎵層生長結束后，生長厚度為8nm的接觸層，生長溫度為900°C，反應腔壓力為150Torr，V/III摩爾比為200，摻雜雜質為鎂，摻雜濃度為102°cm_3;
[0040]其中所述的BP反光層12的材料為磷化硼，厚度為10-50nm ；
[0041]其中所述的BP反光層12中硼的組分為0.5，磷的組分為0.5 ;
[0042]其中所述的多量子阱層16的周期數為3-15，每一周期包括銦鎵氮和制作在其上的鎵氮；
[0043]其中所述的接觸層19的材料為銦錫氧、氧化鋅或石墨烯，厚度為3002000nm ；
[0044]步驟2:采用光刻的方法，在接觸層19表面向下刻蝕，刻蝕深度到達η型導電氮化鎵層15的表面，使該η型導電氮化鎵層15的一側形成臺面；
[0045]步驟3:在未刻蝕的接觸層19上制作上電極20 ;所述電極20為鉻鉑金，厚度為800nm ；
[0046]步驟4:在η型導電氮化鎵層15上的臺面上制作下電極21，完成制備，所述電極21為鉻鉑金，厚度為800nm。
[0047]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種提高Si襯底LED出光效率的外延結構，包括: 一襯底； 一 BP反光層，其制作在襯底上； 一氮化鎵緩沖層，其制作在BP反光層上； 一未摻雜氮化鎵層，其制作在氮化鎵緩沖層上； 一 η型導電氮化鎵層，其制作在未摻雜氮化鎵層上； 一多量子阱層，其制作在η型導電氮化鎵層上面的一側，該η型導電氮化鎵層上面的另一側形成一臺面； 一 P型氮化鋁鎵層，其制作在多量子阱層上； 一 P型氮化鎵層，其制作在P型氮化鋁鎵層上； 一接觸層，其制作在P型氮化鎵層上； 一上電極，其制作在接觸層上； 一下電極，其制作在η型導電氮化鎵層上面的臺面上。
2.如權利要求1所述的提高Si襯底LED出光效率的外延結構，其中所述的BP反光層的材料為磷化硼，厚度為10-50nm。
3.如權利要求2所述的提高Si襯底LED出光效率的外延結構，其中所述的BP反光層中硼的組分為0.5，磷的組分為0.5。
4.如權利要求1所述的提高Si襯底LED出光效率的外延結構，其中所述的多量子阱層的周期數為3-15，每一周期包括銦鎵氮和制作在其上的鎵氮。
5.如權利要求1所述的提高Si襯底LED出光效率的外延結構，其中所述的接觸層的材料為銦錫氧、氧化鋅或石墨稀，厚度為300-2000nm。
6.一種提高Si襯底LED出光效率的外延結構的制備方法，包括如下步驟: 步驟1:在一襯底依次制作BP反光層、緩沖層、未摻雜氮化鎵層、η型導電氮化鎵層、多量子阱層、P型氮化鋁鎵層、P型氮化鎵層和接觸層； 步驟2:采用光刻的方法，在接觸層表面向下刻蝕，刻蝕深度到達η型導電氮化鎵層的表面，使該η型導電氮化鎵層的一側形成臺面； 步驟3:在未刻蝕的接觸層上制作上電極； 步驟4:在η型導電氮化鎵層上的臺面上制作下電極，完成制備。
7.如權利要求6所述的提高Si襯底LED出光效率的外延結構的制備方法，所述的BP反光層的材料為磷化硼，厚度為10-50nm。
8.如權利要求7所述的提高Si襯底LED出光效率的外延結構的制備方法，其中所述的BP反光層中硼的組分為0.5，磷的組分為0.5。
9.如權利要求6所述的提高Si襯底LED出光效率的外延結構的制備方法，其中所述的多量子阱層的周期數為3-15，每一周期包括銦鎵氮和制作在其上的鎵氮。
10.如權利要求6所述的提高Si襯底LED出光效率的外延結構的制備方法，其中所述的接觸層的材料為銦錫氧、氧化鋅或石墨稀，厚度為300-2000nm。
【專利摘要】一種提高Si襯底LED出光效率的外延結構及制備方法，所述結構，包括：一襯底和依次制作在其上的BP反光層、氮化鎵緩沖層、未摻雜氮化鎵層、n型導電氮化鎵層和多量子阱層，該多量子阱層制作在n型導電氮化鎵層上面的一側，另一側形成一臺面；一p型氮化鋁鎵層和依次制作在其上的p型氮化鎵層和接觸層，一上電極，其制作在接觸層上；一下電極，其制作在n型導電氮化鎵層上面的臺面上。本發(fā)明可以解決Si襯底與外延GaN材料之間較大的晶格失配、且提高LED出光效率的問題。
【IPC分類】H01L33-00, H01L33-02, H01L33-10
【公開號】CN104538519
【申請?zhí)枴緾N201410816545
【發(fā)明人】張寧, 任鵬, 劉喆, 李晉閩, 王軍喜
【申請人】中國科學院半導體研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月24日