[发明专利]一种新型的GaN基绿光发光二极管器件及其制作方法

说明书

技术领域：

本发明属于发光二极管领域，具体涉及一种新型的GaN基绿光发光二极管器件及其制作方法。

背景技术

当前，在全球气候变暖问题日趋严峻的背景下，节约能源、减少温室气体排放成为全球共同面对的重要问题。以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济，将成为经济发展的重要方向。当前III-V族氮化物LED具有节能、环保，以及光源寿命长、体积小等优点被广泛应用到通用照明和显示领域。大部分的户外商业显示产品是通过红绿蓝三色LED来实现全彩效果。随着技术的进步，红光和蓝光的外量子效率分别达到了50％和60％以上，而绿光只能到30％左右。这一点决定了绿光LED目前成为LED应用尤其是在显示领域的瓶颈。因此，绿光LED外延和芯片的研究获得了人们的广泛关注。虽同为氮化镓类材料，高铟组分的绿光LED比蓝光LED的多量子阱的InGaN/GaN晶格失配造成的形变更严重，制作难度更大。不稳定的多量子阱结构在生长过程中容易造成应力释放形成更多的漏电缺陷导致发光效率下降和反向漏电。绿光多量子阱结构的稳定性与所采用的器件结构和制作方法有很大关系。

目前氮化镓基发光二极管的常规结构如图1所示：包括衬底4、第一种N型半导体层1，控制发光波长的多量子阱层2，第二种P型半导体层3。多量子阱结构为InGaN/GaN的多周期循环结构，其中衬底为小倾角衬底，即外延生长方向与C面的法线方向倾斜0-0.25°。

对于常规结构的绿光LED来说，小倾角的生长方式造成多量子结构具有更强的压应变作用。直接的后果是多量子阱结构不稳定，通过应力弛豫形成更多的漏电或载流子泄露途径，从而影响发光效率和反向电流电压特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的GaN基绿光发光二极管器件及其制作方法，既能够提高器件的发光效率和反向电流电压性能。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：提供一种新型的GaN基绿光发光二极管器件结构，其中包括依次层叠的大倾角衬底、第一种半导体载流子注入层、多量子阱结构、第二种半导体载流子注入层，所述大倾角衬底为衬底生长窗口表面与外延材料晶格取向面倾斜一定角度，所述倾角为0.25-0.55°。

如上所述的结构，其特征在于：衬底可以是蓝宝石，碳化硅，或硅。

如上所述的结构，其特征在于：所述衬底可以是平面衬底，或图形化衬底。

如上所述的结构，其特征在于：所述图形化衬底的图形的剖面图为半球形、蒙古包形、圆柱形、金字塔形、三角形或梯形。

本发明发光二极管的制作方法的技术方案是，在生长窗口表面与外延材料晶格取向面倾斜0.25-0.55°的衬底上，采用MOCVD方法沿着倾斜面依次生长第一种半导体载流子注入层、多量子阱结构、第二种半导体载流子注入层，包括如下步骤：

一、第一种半导体载流子注入层：在衬底上400-600℃生长15-50nm的GaN缓冲层或者600-1000℃生长10-60nm的AlN缓冲层，接着高温(900-1200℃)生长1.5-4um厚的本征GaN层和(900-1200℃)生长1.5-4um厚的Si掺杂GaN层，以上外延层的生长方向均与外延材料晶格取向面呈0.25-0.55°的角度。

二、多量子结构：

(1)生长GaN层：将生长温度设定在700-900℃，反应器的压力为100-500Tor，通入10-60L的高纯氨气和10-90L的高纯氮气，通入流量为10-600sccm的TEG，生长时间为20-600s；

(2)生长InGaN层：将生长温度设定在700-900℃，反应器的压力为100-500Tor，通入10-60L的高纯氨气和10-90L的高纯氮气，通入流量为10-600sccm的TEG，还通入流量为10-600sccm的TMIn，生长时间为20-600s；

(3)重复以上步骤(1)和(2)形成一个量子阱周期，生长2-15个周期的量子阱；

(4)按照(1)、(2)和(3)的步骤生长2-5个多量子阱结构，通过降低生长温度或改变TMIn的流量实现量子阱结构的铟含量的逐渐增加。

以上外延层的生长方向均与外延材料晶格取向面呈0.25-0.55°的角度。

三、第二种半导体载流子注入层：将生长温度设定在800-1200℃，生长10-200nm厚的镁掺杂AlGaN层或AlInGaN层，接着生长50-500nm厚的镁掺杂GaN层。以上外延层的生长方向均与外延材料晶格取向面呈0.25-0.55°的角度。