[实用新型]在无层错半极性(20-21)GaN基板上制备的发光器件

说明书

本公开提供一种在无层错半极性(20‑21)GaN基板上制备的发光器件，其中包括：无层错半极性面(20‑21)GaN基板；位于无层错半极性(20‑21)GaN基板上的掺杂Si的N型GaN层；在N型GaN层上有源层，包括单量子阱层或多量子阱层，每个量子阱层包括InGaN量子阱和GaN量子垒；在有源层上的掺杂Mg的P型GaN层；以及位于P型GaN层外表面的P型电极和位于N型GaN层的外露表面上的N型电极。

技术领域：

本公开涉及半导体发光器件的制造方法以及采用该方法制造的发光器件，尤其涉及一种在无层错半极性(20-21)GaN基板上制备的发光器件。

背景技术

最近几年，美国的加州大学圣芭芭拉分校和日本的SONY、SUMITOMO 等一些GaN(GaN)的研究机构和公司成功地在一些特殊的GaN半极性晶面上制备了高功率、高效率的蓝、绿光发光二极管和激光二极管等。这些GaN的特殊晶面(诸如(20-21)、(30-31)的晶面)在高效率、低效率衰退(efficiency droop)的发光二极管(LED)以及高功率长波长激光二极管(LD)上有着极大的潜力和优势。

现在已经有报道在GaN的(20-21)晶面上成功制备了长波长的绿光激光二极管。传统的C面GaN激光二极管，利用极性材料生长的量子阱结构中，由于极化效应严重，异质结界面处会产生极化电荷，形成极化电场；在电场的作用下，量子阱中电子和空穴的波函数的空间分布和交叠状况发生改变，使能带发生弯曲，导致电子和空穴发生空间分离，复合几率减小。由于势垒的限制作用，量子阱中的二维激子即使在较高的纵向电场作用下仍不发生分离，可以观察到激子吸收边的红移，这一现象甚至在室温下也能观察到，这种效应被称为量子限制斯塔克效应(Quantum-confined Stark effect)。量子限制斯塔克效应会降低电子-空穴复合几率，从而导致器件发光效率下降，对发光器件非常不利。因此随着发光波长的增加，激射的阈值电流密度逐渐升高，导致光电转化效率低下。

然而，对比C面GaN激光二极管，GaN(20-21)面上制备的激光随着发光波长的增加，其激射的阈值电流密度升高较缓慢，因为半极性(20-21)GaN的极化电场比C面的要小很多，因此随着In组分的增加导致的发光波长的增加，相比C面而言，会有更多的电子空穴参与复合发光，因而可以得到更高的光电转换效率。因此，如何利用半极性或非极性的GaN制备不同波长的高亮度的LED如何降低极化效应减少量子斯塔克效应(Stark Effect)以及消除衰退影响，成为业内所需。

发明内容

本公开旨在解决上述和/或其他技术问题之一，提供一种基于无层错半极性(20-21)面GaN基板制备发光器件的方法以及在无层错半极性(20-21)GaN基板上制备的发光器件。由于采用了无层错半极性(20-21)GaN来降低极化效应和减少量子斯塔克效应(StarkEffect)，并且采用没有层错缺陷的无层错半极性 (20-21)GaN来消除层错缺陷作为非辐射复合中心对发光的衰退影响。

根据本公开的一个方面，提供了一种在无层错半极性(20-21)面GaN基板上制备的发光器件，包括：无层错半极性(20-21)GaN基板；位于无层错半极性(20-21)GaN基板上的掺杂Si的N型GaN层；在N型GaN层上有源层，包括单量子阱层或多量子阱层，每个量子阱层包括InGaN量子阱和GaN量子垒；在有源层上的掺杂Mg的P型GaN层；以及位于P型GaN层外表面的P型电极和位于N型GaN层的外露表面上的N型电极。

根据本公开的在无层错半极性(20-21)GaN基板上制备的发光器件，其中无层错半极性(20-21)面GaN基板的厚度为3～10微米。

根据本公开的在无层错半极性(20-21)GaN基板上制备的发光器件，其中所述N型GaN层中Si的掺杂浓度为5E18～1E19cm^-3。

根据本公开的在无层错半极性(20-21)GaN基板上制备的发光器件，其中所述N型GaN层的厚度为1～2微米。