專利名稱：柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)GaN基發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于半導(dǎo)體光電子器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種新型的柵極調(diào)制 GaN基發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)和制備方法。
背景技術(shù)：
GaN基半導(dǎo)體是新型的寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的物理、化學(xué)性質(zhì)。 基于InGaN量子阱結(jié)構(gòu)的大功率LED是當(dāng)前半導(dǎo)體光電子研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展 龍頭。當(dāng)前III族氮化物在彩色顯示、裝飾照明燈諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。量子阱發(fā)光結(jié)構(gòu)是量子物理在光電子領(lǐng)域應(yīng)用的典型范例，當(dāng)量子阱厚度減小到 納米量級后，載流子態(tài)密度呈階梯狀分布，從而在相同注入水平下，更容易實(shí)現(xiàn)電子、空穴 復(fù)合，獲得波長穩(wěn)定，譜線更窄的光發(fā)射譜。然而，釬鋅礦結(jié)構(gòu)的III族氮化物具有六方晶 體結(jié)構(gòu)，其對稱性不及立方晶相結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的自發(fā)極化場；另外與傳統(tǒng)的GaAs體系量 子阱結(jié)構(gòu)比較，InGaN/GaN體系間存在更大的晶格失配，在晶格應(yīng)力的作用下導(dǎo)致更強(qiáng)的壓 電極化電場，通?？梢赃_(dá)到MV/cm，引起顯著的量子限制Mark效應(yīng)。在極化電場作用下， 量子阱中導(dǎo)帶電子與價(jià)帶空穴波函數(shù)空間分離，電子、空穴復(fù)合幾率降低，從而降低輻射復(fù) 合效率。此外，受極化效應(yīng)影響，隨注入電流增加，LED發(fā)光波長發(fā)生偏移，通常可以達(dá)到 3-5nm。發(fā)光波長的漂移在實(shí)際應(yīng)用中將產(chǎn)生如下問題在顯示方面，波長變化將導(dǎo)致全彩 色顯示控制極為困難，同時(shí)光譜太寬會(huì)導(dǎo)致色彩不純；在白光照明領(lǐng)域，由于藍(lán)光波長的變 化將造成白光的顏色或色溫發(fā)生變化.本發(fā)明之前，通常通過優(yōu)化外延生長，利用晶格匹配量子阱結(jié)構(gòu)或非極性面生長 等手段降低極化效應(yīng)，但效果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種新型的柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)GaN基發(fā)光二極管的器 件結(jié)構(gòu)的制備方法。該結(jié)構(gòu)通過柵極絕緣介質(zhì)及柵電極，利用外加電場，平衡^GaN/GaN體 系由于自發(fā)極化、壓電極化所產(chǎn)生的極化電場。降低極化效應(yīng)對器件特性的影響，實(shí)現(xiàn)柵電 極對GaN基LED發(fā)光特性的調(diào)制。本發(fā)明為降低III族氮化物發(fā)光器件極化效應(yīng)，制備高 效，具有良好波長一致性GaN基LED提供了一種有效途徑。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供一種柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括一藍(lán)寶石襯底；一 η型GaN層，該η型GaN層制作在藍(lán)寶石襯底上，該η型GaN層上面的一側(cè)形成 有一臺(tái)面，該臺(tái)面的深度小于η型GaN層的厚度；一多量子阱有源層，該多量子阱有源層制作在η型GaN層上面沒有臺(tái)面的另一側(cè) 上；
一 P型GaN層，該P(yáng)型GaN層制作在多量子阱有源層上；一 P電極，該ρ電極制作在ρ型GaN層上面遠(yuǎn)離臺(tái)面的一側(cè)；一 N電極，該N電極制作在η型GaN層上面的臺(tái)面上；一柵極絕緣層，該柵極絕緣層制作在ρ型GaN層上面沒有P電極的另一側(cè)；一柵電極，該電極制作在柵極絕緣層上。其中柵極絕緣層的材料為Si02、SiN或SiON，厚度為0.001-0. lum。其中柵電極為金屬電極或透明導(dǎo)電電極，該柵電極可以實(shí)現(xiàn)對GaN基發(fā)光二級管 特性的調(diào)制。本發(fā)明提供一種柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，其中包括 如下步驟步驟1 藍(lán)寶石襯底上依次生長η型GaN層、多量子阱有源層和ρ型GaN層；步驟2 采用干法刻蝕的方法，從ρ型GaN層上向下刻蝕，使其一側(cè)形成臺(tái)面，刻蝕 深度到達(dá)η型GaN層之內(nèi)；步驟3 在ρ型GaN層上面遠(yuǎn)離臺(tái)面的一側(cè)制備P電極；步驟4 在臺(tái)面上制備N電極；步驟5 在ρ型GaN層上面沒有P電極的另一側(cè)制備柵極絕緣層；步驟6 在柵極絕緣層上面制備柵電極，完成正裝結(jié)構(gòu)器件的制作。其中柵極絕緣層是通過沉積或?yàn)R射制備，柵極絕緣層的材料為Si02、SiN或SiON。其中柵極絕緣層的厚度為0. 001-0. lum。其中柵電極是利用光刻、帶膠剝離工藝制備，柵電極為金屬電極或透明導(dǎo)電電極， 該柵電極8可以實(shí)現(xiàn)對GaN基發(fā)光二級管特性的調(diào)制。其中ρ型GaN層的厚度為0. 01-0. 5um。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合具體的實(shí)施方式對本發(fā)明做詳細(xì)的描述， 其中圖1是GaN基功率型LED外延材料的剖面示意圖，在藍(lán)寶石襯底1上采用外延的 方法生長n-GaN層2，有源層3，p-GaN層4 ；圖2是利用圖1所示外延材料制備的正裝結(jié)構(gòu)GaN基LED結(jié)構(gòu)示意圖，p_GaN層4 表面制備P電極5，臺(tái)面21表面制備η電極6。圖3是通過沉積或?yàn)R射在圖2所示正裝結(jié)構(gòu)LED芯片p_GaN層4上，制備柵極絕 緣層7的示意圖。圖4是在圖2所示正裝結(jié)構(gòu)GaN基LED柵極絕緣層7上制備柵電極8的示意圖。
具體實(shí)施例方式請參閱圖4所示，本發(fā)明提供一種柵極調(diào)制GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括一藍(lán)寶石襯底1 ；一 η型GaN層2，該η型GaN層2制作在藍(lán)寶石襯底1上，該η型GaN層2上面的 一側(cè)形成有一臺(tái)面21，該臺(tái)面21的深度小于η型GaN層2的厚度；
—多量子阱有源層3，該多量子阱有源層3制作在η型GaN層2上面沒有臺(tái)面21的 另一側(cè)上，該層結(jié)構(gòu)會(huì)對注入載流子起到限制作用，注入載流子會(huì)在這一層內(nèi)復(fù)合發(fā)光；一 ρ型GaN層4，該ρ型GaN層4制作在多量子阱有源層3上，該ρ型GaN層4的 厚度為 0. 01-0. 5um ；一 P電極5，該ρ電極5制作在ρ型GaN層4上面遠(yuǎn)離臺(tái)面21的一側(cè)；一 N電極6，該N電極6制作在η型GaN層2上面的臺(tái)面21上；一柵極絕緣層7，該柵極絕緣層7制作在ρ型GaN層4上面沒有P電極5的另一 側(cè)，該柵極絕緣層7的材料為Si02、SiN或SiON，該柵極絕緣層7的厚度為0. 001-0. lum，通 過該層結(jié)構(gòu)，利用外加電場，平衡InGaN/GaN體系由于自發(fā)極化、壓電極化所產(chǎn)生的極化電 場。降低極化效應(yīng)對器件特性的影響，實(shí)現(xiàn)柵電極對GaN基LED發(fā)光特性的調(diào)制，包括發(fā)光 波長的調(diào)制，發(fā)光強(qiáng)度的調(diào)制等；一柵電極8，該電極8制作在柵極絕緣層7上，該柵電極8為金屬電極或透明導(dǎo)電 電極。請參閱圖1至圖4所示，本發(fā)明提供一種柵極調(diào)制GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備 方法，其中包括如下步驟步驟1 藍(lán)寶石襯底1上依次生長η型GaN層2、多量子阱有源層3和ρ型GaN層 4，該ρ型GaN層4的厚度為0. 01-0. 5um ；步驟2 采用干法刻蝕的方法，從ρ型GaN層4上向下刻蝕，使其一側(cè)形成臺(tái)面21， 刻蝕深度到達(dá)η型GaN層2之內(nèi)；步驟3 在ρ型GaN層4上面遠(yuǎn)離臺(tái)面21的一側(cè)制備P電極5，其電極金屬體系為 透明導(dǎo)電電極加 NiAgNiAu，NiAgPtAu，NiAgNiAu 等；步驟4 在臺(tái)面21上制備N電極6 ；步驟5 在ρ型GaN層4上面沒有P電極5的另一側(cè)制備柵極絕緣層7，該柵極絕 緣層7是通過沉積或?yàn)R射制備，柵極絕緣層7的材料為Si02、SiN或SiON，該柵極絕緣層7 的厚度為0. 001-0. Ium ；步驟6 在柵極絕緣層7上面制備柵電極8，該柵電極8是利用光刻、帶膠剝離工藝 制備，柵電極8為金屬電極或透明導(dǎo)電電極，通過對該柵電極8施加電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對GaN 基發(fā)光二級管特性的調(diào)制，完成柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)器件的制作。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括 一藍(lán)寶石襯底；一 η型GaN層，該η型GaN層制作在藍(lán)寶石襯底上，該η型GaN層上面的一側(cè)形成有一 臺(tái)面，該臺(tái)面的深度小于η型GaN層的厚度；一多量子阱有源層，該多量子阱有源層制作在η型GaN層上面沒有臺(tái)面的另一側(cè)上； 一 P型GaN層，該ρ型GaN層制作在多量子阱有源層上； 一 P電極，該P(yáng)電極制作在P型GaN層上面遠(yuǎn)離臺(tái)面的一側(cè)； 一 N電極，該N電極制作在η型GaN層上面的臺(tái)面上； 一柵極絕緣層，該柵極絕緣層制作在P型GaN層上面沒有P電極的另一側(cè)； 一柵電極，該電極制作在柵極絕緣層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中柵極絕緣層 的材料為 Si02、SiN 或 SiON，厚度為 0. 001-0. lum。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中柵電極為金 屬電極或透明導(dǎo)電電極，該柵電極可以實(shí)現(xiàn)對GaN基發(fā)光二級管特性的調(diào)制。
4.一種柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，其中包括如下步驟 步驟1 藍(lán)寶石襯底上依次生長η型GaN層、多量子阱有源層和ρ型GaN層；步驟2 采用干法刻蝕的方法，從ρ型GaN層上向下刻蝕，使其一側(cè)形成臺(tái)面，刻蝕深度 到達(dá)η型GaN層之內(nèi)；步驟3 在ρ型GaN層上面遠(yuǎn)離臺(tái)面的一側(cè)制備P電極； 步驟4:在臺(tái)面上制備N電極；步驟5 在ρ型GaN層上面沒有P電極的另一側(cè)制備柵極絕緣層； 步驟6 在柵極絕緣層上面制備柵電極，完成正裝結(jié)構(gòu)器件的制作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其中 柵極絕緣層是通過沉積或?yàn)R射制備，柵極絕緣層的材料為Si02、SiN或SiON。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其中 柵極絕緣層的厚度為0. 001-0. lum。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其中 柵電極是利用光刻、帶膠剝離工藝制備，柵電極為金屬電極或透明導(dǎo)電電極，該柵電極8可 以實(shí)現(xiàn)對GaN基發(fā)光二級管特性的調(diào)制。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其中 P型GaN層的厚度為0. 01-0. 5um。
全文摘要
一種柵極調(diào)制正裝結(jié)構(gòu)GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括一藍(lán)寶石襯底；一n型GaN層，該n型GaN層制作在藍(lán)寶石襯底上，該n型GaN層上面的一側(cè)形成有一臺(tái)面，該臺(tái)面的深度小于n型GaN層的厚度；一多量子阱有源層，該多量子阱有源層制作在n型GaN層上面沒有臺(tái)面的另一側(cè)上；一p型GaN層，該p型GaN層制作在多量子阱有源層上；一P電極，該p電極制作在p型GaN層上面遠(yuǎn)離臺(tái)面的一側(cè)；一N電極，該N電極制作在n型GaN層上面的臺(tái)面上；一柵極絕緣層，該柵極絕緣層制作在p型GaN層上面沒有P電極的另一側(cè)；一柵電極，該電極制作在柵極絕緣層上。
文檔編號(hào)H01L33/36GK102064260SQ20101053462
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者伊?xí)匝? 劉志強(qiáng), 李晉閩, 汪煉成, 王國宏, 郭恩卿 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所