[发明专利]一种氮化镓基发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓基发光二极管，属于半导体技术领域。

背景技术

半导体照明发光二极管具有寿命长、节能环保等显著优点，被认为是继白炽灯、荧光灯之后又一次照明技术的革命，是目前国际上半导体和照明领域研发和产业关注的焦点，拥有巨大的应用前景。

宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)具有优异的物理和化学特性，与氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)等III族氮化物组成三元、四元合金的禁带宽度可以在0.7～6.2eV之间连续调节，并且任意组分的InAlGaN四元合金都是直接带隙，在全色显示、彩色激光打印、高密度光存储、光照明、光探测、水下通信等领域都有着广泛的应用前景。近年来，GaN基发光二极管的研究已取得巨大进展，但是针对显示屏、背光源、照明等高端应用的需求，仍需进一步提高其发光效率，以积极推动白光照明技术的发展。

现有的氮化镓基发光二极管，其传统结构为以蓝宝石为衬底，然后在蓝宝石衬底的一侧，依次从下到上分别设置一N型氮化镓接触层、一氮化铟镓发光层、一P型氮化镓接触层，最后，于P型氮化镓接触层和N型氮化镓接触层上分别设置一正电极和负电极。在此传统结构下的氮化镓基发光二极管，其发光层主要是以氮化铟镓(In_xGa_1-xN，x＝0～1)为势阱(PotentialWell)的多重量子阱(Multi-quantum Well)结构，电子和空穴在势阱结合而释放出光子。

上述常规的GaN发光二极管有源区一般为平面结构，存在着发光全反射损失等问题，且GaN基发光二极管多在蓝宝石(0001)面上外延，内部极化电场对量子阱中电子和空穴的分布有着重要的影响，限制了发光效率的提高。因此，GaN基发光二极管目前还很难进入通用照明领域，需要进一步提高其出光效率，同时实现宽光谱输出，以推动白光照明的发展。

发明内容

本发明目的是提供一种氮化镓基发光二极管及其制备方法，以进一步提高发光二极管的出光效率，同时实现宽光谱输出，推动白光照明的发展。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种氮化镓基发光二极管，包括：

一衬底；

设于衬底上的一缓冲层；

直接外延在缓冲层上的一本征GaN层；

一N型掺杂GaN外延层，沉积在本征GaN层上；所述N型掺杂GaN外延层上设有N型GaN图形化模板结构；

一In_xGa_1-xN/Al_aIn_bGa_1-a-bN多量子阱，生长在N型GaN图形化模板结构之上；

一Al_yGa_1-yN或Al_yGa_1-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN超晶格电子阻挡层，生长在In_xGa_1-xN/Al_aIn_bGa_1-a-bN多量子阱之上；

一P型GaN层，生长在Al_yGa_1-yN或Al_yGa_1-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN超晶格电子阻挡层之上；

一ITO接触层，设于P型GaN层之上；

在ITO接触层和N型掺杂GaN外延层上分别设置P型电极和N型电极；

所述N型GaN图形化模板结构、In_xGa_1-xN/Al_aIn_bGa_1-a-bN多量子阱、Al_yGa_1-yN或Al_yGa_1-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN超晶格电子阻挡层，以及P型GaN层均为曲面结构。

上述技术方案中，所述衬底为平面蓝宝石衬底、图形化蓝宝石衬底、氮化镓衬底、碳化硅衬底或硅衬底。

进一步的技术方案，所述N型GaN图形化模板结构为连续的蒙古包形状，蒙古包的直径、高度以及相邻蒙古包之间的距离间隔相互匹配，其量级从纳米量级延伸至微米量级。