栅极调制正装结构GaN基发光二极管的器件结构及制备方法

摘要

一种栅极调制正装结构GaN基发光二极管结构，包括：一蓝宝石衬底；一n型GaN层，该n型GaN层制作在蓝宝石衬底上，该n型GaN层上面的一侧形成有一台面，该台面的深度小于n型GaN层的厚度；一多量子阱有源层，该多量子阱有源层制作在n型GaN层上面没有台面的另一侧上；一p型GaN层，该p型GaN层制作在多量子阱有源层上；一P电极，该p电极制作在p型GaN层上面远离台面的一侧；一N电极，该N电极制作在n型GaN层上面的台面上；一栅极绝缘层，该栅极绝缘层制作在p型GaN层上面没有P电极的另一侧；一栅电极，该电极制作在栅极绝缘层上。

权利要求

1.一种栅极调制正装结构GaN基发光二极管结构，包括：一蓝宝石衬底；

一n型GaN层，该n型GaN层制作在蓝宝石衬底上，该n型GaN层上面的一侧形成有一台面，该台面的深度小于n型GaN层的厚度；

一多量子阱有源层，该多量子阱有源层制作在n型GaN层上面没有台面的另一侧上；

一p型GaN层，该p型GaN层制作在多量子阱有源层上；

一P电极，该p电极制作在p型GaN层上面远离台面的一侧；

一N电极，该N电极制作在n型GaN层上面的台面上；

一栅极绝缘层，该栅极绝缘层制作在p型GaN层上面没有P电极的另一侧；

一栅电极，该电极制作在栅极绝缘层上。

2.根据权利要求1所述的栅极调制正装结构GaN基发光二极管结构，其中栅极绝缘层的材料为SiO2、SiN或SiON，厚度为0.001-0.1μm。

3.根据权利要求1所述的栅极调制正装结构GaN基发光二极管结构，其中栅电极为金属电极或透明导电电极，该栅电极可以实现对GaN基发光二级管特性的调制。

4.一种栅极调制正装结构GaN基发光二极管结构的制备方法，其中包括如下步骤：步骤1：蓝宝石衬底上依次生长n型GaN层、多量子阱有源层和p型GaN层；

步骤2：采用干法刻蚀的方法，从p型GaN层上向下刻蚀，使其一侧形成台面，刻蚀深度到达n型GaN层之内；

步骤3：在p型GaN层上面远离台面的一侧制备P电极；

步骤4：在台面上制备N电极；

步骤5：在p型GaN层上面没有P电极的另一侧制备栅极绝缘层；

步骤6：在栅极绝缘层上面制备栅电极，完成正装结构器件的制作。

5.根据权利要求4所述的栅极调制正装结构GaN基发光二极管结构的制作方法，其中栅极绝缘层是通过沉积或溅射制备，栅极绝缘层的材料为SiO2、SiN或SiON。

6.根据权利要求4所述的栅极调制正装结构GaN基发光二极管结构的制作方法，其中栅极绝缘层的厚度为0.001-0.1μm。

7.根据权利要求4所述的栅极调制正装结构GaN基发光二极管结构的制作方法，其中栅电极是利用光刻、带胶剥离工艺制备，栅电极为金属电极或透明导电电极，该栅电极8可以实现对GaN基发光二级管特性的调制。

8.根据权利要求4所述的栅极调制正装结构GaN基发光二极管结构的制作方法，其中p型GaN层的厚度为0.01-0.5μm。

说明书

栅极调制正装结构GaN基发光二极管的器件结构及制备方

法

技术领域

[0001] 本发明用于半导体光电子器件制造技术领域，具体涉及到一种新型的栅极调制GaN基发光二极管的器件结构和制备方法。

背景技术

[0002] GaN基半导体是新型的宽禁带直接带隙半导体材料，具有优异的物理、化学性质。基于InGaN量子阱结构的大功率LED是当前半导体光电子研究领域的热点和相关产业发展龙头。当前III族氮化物在彩色显示、装饰照明灯诸多领域得到了广泛应用。

[0003] 量子阱发光结构是量子物理在光电子领域应用的典型范例，当量子阱厚度减小到纳米量级后，载流子态密度呈阶梯状分布，从而在相同注入水平下，更容易实现电子、空穴复合，获得波长稳定，谱线更窄的光发射谱。然而，钎锌矿结构的III族氮化物具有六方晶体结构，其对称性不及立方晶相结构，具有很强的自发极化场；另外与传统的GaAs体系量子阱结构比较，InGaN/GaN体系间存在更大的晶格失配，在晶格应力的作用下导致更强的压电极化电场，通常可以达到MV/cm，引起显著的量子限制Stark效应。在极化电场作用下，量子阱中导带电子与价带空穴波函数空间分离，电子、空穴复合几率降低，从而降低辐射复合效率。此外，受极化效应影响，随注入电流增加，LED发光波长发生偏移，通常可以达到3-5nm。发光波长的漂移在实际应用中将产生如下问题：在显示方面，波长变化将导致全彩色显示控制极为困难，同时光谱太宽会导致色彩不纯；在白光照明领域，由于蓝光波长的变化将造成白光的颜色或色温发生变化.

[0004] 本发明之前，通常通过优化外延生长，利用晶格匹配量子阱结构或非极性面生长等手段降低极化效应，但效果并不理想。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供了一种新型的栅极调制正装结构GaN基发光二极管的器件结构的制备方法。该结构通过栅极绝缘介质及栅电极，利用外加电场，平衡InGaN/GaN体系由于自发极化、压电极化所产生的极化电场。降低极化效应对器件特性的影响，实现栅电极对GaN基LED发光特性的调制。本发明为降低III族氮化物发光器件极化效应，制备高效，具有良好波长一致性GaN基LED提供了一种有效途径。

[0006] 本发明的技术方案如下：

[0007] 本发明提供一种栅极调制正装结构GaN基发光二极管结构，包括：

[0008] 一蓝宝石衬底；

[0009] 一n型GaN层，该n型GaN层制作在蓝宝石衬底上，该n型GaN层上面的一侧形成有一台面，该台面的深度小于n型GaN层的厚度；

[0010] 一多量子阱有源层，该多量子阱有源层制作在n型GaN层上面没有台面的另一侧上；

[0011] 一p型GaN层，该p型GaN层制作在多量子阱有源层上；

[0012] 一P电极，该p电极制作在p型GaN层上面远离台面的一侧；

[0013] 一N电极，该N电极制作在n型GaN层上面的台面上；

[0014] 一栅极绝缘层，该栅极绝缘层制作在p型GaN层上面没有P电极的另一侧；

[0015] 一栅电极，该电极制作在栅极绝缘层上。

[0016] 其中栅极绝缘层的材料为SiO2、SiN或SiON，厚度为0.001-0.1um。

[0017] 其中栅电极为金属电极或透明导电电极，该栅电极可以实现对GaN基发光二级管特性的调制。

[0018] 本发明提供一种栅极调制正装结构GaN基发光二极管结构的制备方法，其中包括如下步骤：

[0019] 步骤1：蓝宝石衬底上依次生长n型GaN层、多量子阱有源层和p型GaN层；

[0020] 步骤2：采用干法刻蚀的方法，从p型GaN层上向下刻蚀，使其一侧形成台面，刻蚀深度到达n型GaN层之内；

[0021] 步骤3：在p型GaN层上面远离台面的一侧制备P电极；

[0022] 步骤4：在台面上制备N电极；

[0023] 步骤5：在p型GaN层上面没有P电极的另一侧制备栅极绝缘层；

[0024] 步骤6：在栅极绝缘层上面制备栅电极，完成正装结构器件的制作。

[0025] 其中栅极绝缘层是通过沉积或溅射制备，栅极绝缘层的材料为SiO2、SiN或SiON。

[0026] 其中栅极绝缘层的厚度为0.001-0.1um。

[0027] 其中栅电极是利用光刻、带胶剥离工艺制备，栅电极为金属电极或透明导电电极，该栅电极8可以实现对GaN基发光二级管特性的调制。

[0028] 其中p型GaN层的厚度为0.01-0.5um。

附图说明

[0029] 为进一步说明本发明的内容，以下结合具体的实施方式对本发明做详细的描述，其中：

[0030] 图1是GaN基功率型LED外延材料的剖面示意图，在蓝宝石衬底1上采用外延的方法生长n-GaN层2，有源层3，p-GaN层4；

[0031] 图2是利用图1所示外延材料制备的正装结构GaN基LED结构示意图，p-GaN层4表面制备p电极5，台面21表面制备n电极6。

[0032] 图3是通过沉积或溅射在图2所示正装结构LED芯片p-GaN层4上，制备栅极绝缘层7的示意图。

[0033] 图4是在图2所示正装结构GaN基LED栅极绝缘层7上制备栅电极8的示意图。

具体实施方式

[0034] 请参阅图4所示，本发明提供一种栅极调制GaN基发光二极管结构，包括：

[0035] 一蓝宝石衬底1；

[0036] 一n型GaN层2，该n型GaN层2制作在蓝宝石衬底1上，该n型GaN层2上面的一侧形成有一台面21，该台面21的深度小于n型GaN层2的厚度；

[0037] 一多量子阱有源层3，该多量子阱有源层3制作在n型GaN层2上面没有台面21的另一侧上，该层结构会对注入载流子起到限制作用，注入载流子会在这一层内复合发光；

[0038] 一p型GaN层4，该p型GaN层4制作在多量子阱有源层3上，该p型GaN层4的厚度为0.01-0.5um；

[0039] 一P电极5，该p电极5制作在p型GaN层4上面远离台面21的一侧；

[0040] 一N电极6，该N电极6制作在n型GaN层2上面的台面21上；

[0041] 一栅极绝缘层7，该栅极绝缘层7制作在p型GaN层4上面没有P电极5的另一侧，该栅极绝缘层7的材料为SiO2、SiN或SiON，该栅极绝缘层7的厚度为0.001-0.1um，通过该层结构，利用外加电场，平衡InGaN/GaN体系由于自发极化、压电极化所产生的极化电场。降低极化效应对器件特性的影响，实现栅电极对GaN基LED发光特性的调制，包括发光波长的调制，发光强度的调制等；

[0042] 一栅电极8，该电极8制作在栅极绝缘层7上，该栅电极8为金属电极或透明导电电极。

[0043] 请参阅图1至图4所示，本发明提供一种栅极调制GaN基发光二极管结构的制备方法，其中包括如下步骤：

[0044] 步骤1：蓝宝石衬底1上依次生长n型GaN层2、多量子阱有源层3和p型GaN层4，该p型GaN层4的厚度为0.01-0.5um；

[0045] 步骤2：采用干法刻蚀的方法，从p型GaN层4上向下刻蚀，使其一侧形成台面21，刻蚀深度到达n型GaN层2之内；

[0046] 步骤3：在p型GaN层4上面远离台面21的一侧制备P电极5，其电极金属体系为透明导电电极加NiAgNiAu，NiAgPtAu，NiAgNiAu等；

[0047] 步骤4：在台面21上制备N电极6；

[0048] 步骤5：在p型GaN层4上面没有P电极5的另一侧制备栅极绝缘层7，该栅极绝缘层7是通过沉积或溅射制备，栅极绝缘层7的材料为SiO2、SiN或SiON，该栅极绝缘层7的厚度为0.001-0.1um；

[0049] 步骤6：在栅极绝缘层7上面制备栅电极8，该栅电极8是利用光刻、带胶剥离工艺制备，栅电极8为金属电极或透明导电电极，通过对该栅电极8施加电压信号，实现对GaN基发光二级管特性的调制，完成栅极调制正装结构器件的制作。

[0050] 以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。