專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)光二極管外延結(jié) 構(gòu)。
背景技術(shù)：
大功率發(fā)光二極管(led)主要用在鐵路照明、道路照明、井下照明，正在向民用照 明發(fā)展，其節(jié)能環(huán)保效果顯著?，F(xiàn)有大功率藍(lán)光發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)是在襯片層的上面 自下至上依次設(shè)有藍(lán)寶石襯底、低溫GaN (氮化鎵)緩沖層、N-GaN接觸、InGaN (銦氮化稼)/ GaN發(fā)光層、P+GaN接觸、Ni (鎳)/Au(金)透明導(dǎo)電層。但是，該外延結(jié)構(gòu)由于GaN與其襯 底藍(lán)寶石的晶格失配度相當(dāng)大，也就是GaN與藍(lán)寶石Al2O3晶格不匹配，所以在藍(lán)寶石上生 長(zhǎng)GaN加大電流容易造成大量的晶格缺陷，而這些缺陷過(guò)多就會(huì)造成p-n結(jié)發(fā)生隧道擊穿， 從而大大降低器件抗靜電能力，容易導(dǎo)致器件失效，影響其性能參數(shù)，導(dǎo)致這種外延結(jié)構(gòu)做 出的成管容易損害，其最大飽和電流每平方厘米500A，最大飽和電流太小，不能滿足單顆 3W\5W照明的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種抗靜電能力好且最大飽和電流大的 發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，包括采用 金剛石材料制成的金剛石襯底層；設(shè)于所述金剛石襯底層上的氮化鎵緩沖層；設(shè)于所述氮 化鎵緩沖層上的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層包括N型氮化鎵半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及P型氮化鎵 半導(dǎo)體層，所述發(fā)光層位于所述N型氮化鎵半導(dǎo)體層與P型氮化鎵半導(dǎo)體層之間；第一電 極，所述第一電極電連接N型氮化鎵半導(dǎo)體層；第二電極，所述第二電極電連接P型氮化鎵 半導(dǎo)體層。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述金剛石襯底層的厚度為50-200 μ m。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述發(fā)光層為銦鎵氮/氮化鎵量子阱發(fā)光層。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)還包括第一透明導(dǎo)電層，所 述第一電極通過(guò)所述第一透明導(dǎo)電層電連接所述N型氮化鎵半導(dǎo)體層。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)還包括第二透明導(dǎo)電層，所 述第二電極通過(guò)所述第二透明導(dǎo)電層電連接所述P型氮化鎵半導(dǎo)體層。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第一透明導(dǎo)電層和第二透明導(dǎo)電層均為由硅原子 層、鎳原子層、鈹原子層和金原子層依次疊加生長(zhǎng)的硅/鎳/鈹/金透明導(dǎo)電層。采用了上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型的有益效果是該發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的襯 底層為金剛石襯底層，將金剛石作為襯底生長(zhǎng)氮化鎵，由于金剛石與氮化鎵的晶格匹配較 好，從而使得發(fā)光二極管外延生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)良，缺陷小。而且金剛石具有高導(dǎo)熱性能，將金剛 石作為襯底，能將發(fā)光二極管內(nèi)部產(chǎn)生的熱量盡快疏導(dǎo)出去，降低了發(fā)光二極管內(nèi)部的溫度，提高了二極管的最大飽和電流，在加大電流的情況下發(fā)光效率仍繼續(xù)增加，延長(zhǎng)了發(fā)光 二極管壽命，可作為照明光源的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
以下結(jié)合附圖
和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明附圖是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖圖中1、金剛石襯底層；2、氮化鎵緩沖層；3、N型氮化鎵半導(dǎo)體層；4、發(fā)光層；5、P 型氮化鎵半導(dǎo)體層；6、第一透明導(dǎo)電層；7、第二透明導(dǎo)電層；8、第一電極；9、第二電極。
具體實(shí)施方式
發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，如附圖所示，包括采用金剛石材料制成的金剛石襯底層 1 ；設(shè)于所述金剛石襯底層1上的氮化鎵緩沖層2 ；設(shè)于所述氮化鎵緩沖層2上的半導(dǎo)體層， 所述半導(dǎo)體層包括N型氮化鎵半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4以及P型氮化鎵半導(dǎo)體層5，所述發(fā)光 層4為銦鎵氮/氮化鎵量子阱發(fā)光層，所述發(fā)光層4位于所述N型氮化鎵半導(dǎo)體層3與P 型氮化鎵半導(dǎo)體層5之間，且所述發(fā)光層4位于所述N型氮化鎵半導(dǎo)體層3的部分區(qū)域上， 所述N型氮化鎵半導(dǎo)體層3部分暴露在外的區(qū)域上設(shè)有第一透明導(dǎo)電層6，所述第一透明導(dǎo) 電層6上連接有第一電極8，在所述P型氮化鎵半導(dǎo)體層5上設(shè)有第二透明導(dǎo)電層7，所述 第二透明導(dǎo)電層7上設(shè)有第二電極9。本實(shí)用新型實(shí)施例優(yōu)選的設(shè)計(jì)有第一透明導(dǎo)電層6和第二透明導(dǎo)電層7，所述第 一透明導(dǎo)電層6和所述第二透明導(dǎo)電層7能擴(kuò)散電流，使得發(fā)光層的各個(gè)區(qū)域發(fā)光均勻，避 免電流過(guò)大，擊穿p-n結(jié)。而且本實(shí)用新型采用的第一透明導(dǎo)電層6和第二透明導(dǎo)電層7 均為由硅原子層、鎳原子層、鈹原子層和金原子層依次疊加生長(zhǎng)的硅/鎳/鈹/金透明導(dǎo)電 層，其中利用了硅原子層的透明導(dǎo)電性能，鎳原子層的強(qiáng)附著性和結(jié)合力，鈹原子層的連接 作用，金原子層的牢固性，且金原子層用于接電極7。從而，采用四層的硅/鎳/鈹/金透明 導(dǎo)電層能使得電流擴(kuò)展效果好，保證器件的穩(wěn)定性，增強(qiáng)半導(dǎo)體器件的使用壽命。而且，本實(shí)用新型金剛石襯底的厚度選擇要合適，太厚容易造成浪費(fèi)且起反作用， 太薄不易控制。本實(shí)施例中優(yōu)選的金剛石襯底層1的厚度為50-200 μ m。本實(shí)用新型的工作原理首先，在金剛石上生長(zhǎng)氮化鎵，金剛石是一種優(yōu)良的襯底材料。目前，一般生長(zhǎng)氮 化鎵的襯底多用藍(lán)寶石，藍(lán)寶石的晶格常數(shù)比氮化鎵約大16%，即藍(lán)寶石與氮化鎵的晶格 失配度在16%左右，藍(lán)寶石與氮化鎵不匹配；而金剛石襯底的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)均與 氮化鎵非常接近，適合作為氮化鎵的襯底材料。另外，金剛石具有高的導(dǎo)熱率，能及時(shí)疏導(dǎo)半導(dǎo)體材料內(nèi)部聚集的熱量，使得led 內(nèi)部發(fā)光層處于較低溫度狀態(tài)，在電流增大的情況下，led發(fā)光效率繼續(xù)增大，從而，提高了 led最大飽和電流。通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)研究表明，本實(shí)用新型采用金剛石襯底，改進(jìn)了外延生長(zhǎng)條件，增強(qiáng) 了外延片的抗靜電能力，提高了其最大飽和電流，其最大飽和電流為藍(lán)寶石襯底的5倍，而 且，耐高溫，光強(qiáng)在室溫升高到420°C時(shí)不衰減，大大提高了發(fā)光二極管的使用壽命。這種外 延片做出的芯片具有優(yōu)越的穩(wěn)定性，打開(kāi)了用大功率紫外光推廣綠色節(jié)能環(huán)保led照明的
4大門(mén)。以下表格中的數(shù)據(jù)表現(xiàn)了兩種不同外延結(jié)構(gòu)做成的芯片用同一材質(zhì)、同一工藝封 裝成led的最大飽和電流比較(表一)表一
權(quán)利要求發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于包括采用金剛石材料制成的金剛石襯底層；設(shè)于所述金剛石襯底層上的氮化鎵緩沖層；設(shè)于所述氮化鎵緩沖層上的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層包括N型氮化鎵半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及P型氮化鎵半導(dǎo)體層，所述發(fā)光層位于所述N型氮化鎵半導(dǎo)體層與P型氮化鎵半導(dǎo)體層之間；第一電極，所述第一電極電連接N型氮化鎵半導(dǎo)體層；第二電極，所述第二電極電連接P型氮化鎵半導(dǎo)體層。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金剛石襯底層的厚度 為 50-200 μ m。
3.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述發(fā)光層為銦鎵氮/ 氮化鎵量子阱發(fā)光層。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu) 還包括第一透明導(dǎo)電層，所述第一電極通過(guò)所述第一透明導(dǎo)電層電連接所述N型氮化鎵半 導(dǎo)體層。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu) 還包括第二透明導(dǎo)電層，所述第二電極通過(guò)所述第二透明導(dǎo)電層電連接所述P型氮化鎵半 導(dǎo)體層。
6.如權(quán)力要求4或5所述的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一透明導(dǎo)電層 和第二透明導(dǎo)電層均為由硅原子層、鎳原子層、鈹原子層和金原子層依次疊加生長(zhǎng)的硅/ 鎳/鈹/金透明導(dǎo)電層。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的襯底層為金剛石襯底層，將金剛石作為襯底生長(zhǎng)氮化鎵，由于金剛石與氮化鎵的晶格匹配較好，從而使得發(fā)光二極管外延生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)良，缺陷小。而且金剛石具有高導(dǎo)熱性能，將金剛石作為襯底，能將發(fā)光二極管內(nèi)部產(chǎn)生的熱量盡快疏導(dǎo)出去，降低了發(fā)光二極管內(nèi)部的溫度，提高了二極管的最大飽和電流，在加大電流的情況下發(fā)光效率仍繼續(xù)增加，延長(zhǎng)了發(fā)光二極管壽命，可作為照明光源的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L33/12GK201699048SQ20102015262
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者吉愛(ài)華, 李玉芝 申請(qǐng)人:濰坊廣生新能源有限公司