CN102623588A - 制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法 - Google Patents

Abstract

一种制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法，包括以下步骤：步骤1：取一衬底；步骤2：在衬底上依次外延生长u-GaN层、n-GaN层、多量子阱层和p-GaN耦合层；步骤3：在p-GaN耦合层上生长纳米金属层；步骤4：在纳米金属层上生长一P-GaN盖层；步骤5：在P-GaN盖层上生长一p-GaN电流扩展层，完成外延结构的制备。本发明是利用金属的核壳结构的等立体增强绿光发光二极管的内量子效率。

Description

制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法

技术领域

本发明属于半导体照明技术领域，特别是指一种制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法。

背景技术

氮化镓材料是第三代半导体材料，禁带宽度为3.4ev，由于它的性质稳定，又是波长位于蓝紫光的直接带隙发光材料，因此是制造蓝紫光发光二极管(LED)，高迁移率晶体管的材料，国家半导体照明把氮化镓材料列为中心。但是目前氮化镓发光二极管面临着诸多问题，尤其是在绿光发光二极管。由于氮化镓绿光发光二极管需要的更高的In组分，但是高In组分，产生的较大的应力使得绿光发光二极管的内量子效率较低。所以研究如何增强绿光发光二极管的内量子效率显得非常重要。由于氮化镓绿光发光二极管需要的更高的In组分，但是高In组分，产生的较大的应力使得绿光发光二极管的内量子效率较低。所以研究如何增强绿光发光二极管的内量子效率显得非常重要。本发明采用金属等离子体效应，所产生局域化的等离子模式(LSP)来增强绿光发光二极管的内量子效率，从而是解决绿光发光二极管效率低这一难题的方法之一。目前等离子增强内量子效率的方法很多，但是都是单层的金属，例如金或者银金属，这种单层的金属纳米粒子的制作方法需要高温退火处理来实现，高温脱火处理影响氮化镓和铟镓氮材料质量，使之变坏。同时单层金属的等离子增强峰是有限的，不能很好地同绿光发光二极管的发射波长很好的匹配。本方法不但制作金属等离子体的是不需要高温退火处理的，可以避免因为高温退火而带来的影响。同时采用的银、金核壳结构能够很好地调节等离子体的增强峰位，使之能够更好地增强绿光发光二极管的内量子效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法，其是利用金属的核壳结构的等离子体增强绿光发光二极管的内量子效率。

本发明提供一种制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：在衬底上依次外延生长u-GaN层、n-GaN层、多量子阱层和p-GaN耦合层；

步骤3：在p-GaN耦合层上生长纳米金属层；

步骤4：在纳米金属层上生长一P-GaN盖层；

步骤5：在P-GaN盖层上生长一p-GaN电流扩展层，完成外延结构的制备。

其中衬底的材料为硅、蓝宝石或氮化镓，衬底的表面是平面或微图形PSS，或者纳米图形。

其中p-GaN耦合层的掺杂浓度为10¹⁸/cm³，厚度为20-70nm。

其中纳米金属层的生长方式是通过倾斜电子束蒸镀生长。

其中纳米金属层的材料为银和金的核壳结构。

其中纳米金属层的核壳结构为单层或者多层组合。

其中P-GaN盖层的掺杂浓度为10¹⁹/cm³，厚度为10-50nm。

其中多量子阱层的发光波长为490-540nm。

本发明的有益效果是：

本发明的一种制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法，其是利用金属的核壳结构的等离子体增强绿光发光二极管的内量子效率。

附图说明

为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：

图1-4是本发明的制作流程图。

图5a、b为本发明的核壳结构的示意图。

具体实施方式

请参阅图1-4所示，本发明提供一种制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底10(参阅图1)，其中衬底10的材料为硅、蓝宝石或氮化镓，衬底10的表面是平面或微图形PSS，或者纳米图形

步骤2：衬底10上依次外延生长u-GaN层11、n-GaN层12、多量子阱层13和p-GaN耦合层14(参阅图1)，多量子阱层13的发光波长为490-540nm。p-GaN耦合层14是调节MQW(多量子阱)与等离子体的相互耦合距离。等离子体同MQW(多量子阱)的耦合存在着最佳耦合距离，距离受MQW的发射波长和等离子增强峰位的影响。选择适当的距离能够使得绿光发光二极管的内量子效率得到最大的提升。

步骤3：在p-GaN耦合层14上生长纳米金属层15(参阅图2)，其中纳米金属层15的生长方式是通过倾斜电子束蒸镀(EB)生长.倾斜生长金属的可以自组装形成纳米粒子，避免高温退火工艺。金属纳米粒子为金和银的单层或者多层的核壳结构(参阅图5a、b)，这种结构的独特之处是能够大范围调节等离子体的增强峰位，使其能够准确地同绿光发光二极管的波长想匹配，从而大大提高绿光发光二极管的内量子效率。传统的核壳结构等离子体制作大都是通过化学沉积技术来实现，这种方法的制作核壳结构存在着诸多问题，例如工艺可控性差，核壳结构质量不佳，大面积生长难度大等。本发明采用的是全新的倾斜电子束蒸镀(EB)生长技术，这种技术不但工艺简单，成本低廉，可靠性高，而且能够实现大面积制作核壳结构等离子体。这种技术能够迅速地产业界所应用，从而能很好的解决“绿黄光带问题”。

步骤4：纳米金属层15生长一层P-GaN盖层16(参阅图3)，其中P-GaN盖层16掺杂浓度为10¹⁹/cm³，厚度为10-50nm.P-GaN盖层16的作用是覆盖等离子体金属层，防止电注入时因为等离子体金属引入而引起的漏电。

步骤5：P-GaN盖层16上生长p-GaN电流扩展层17(参阅图4)。p-GaN电流扩展层的作用是作为发光二极管单元的电流扩展层，它的掺杂浓度为10¹⁹/cm³。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：在衬底上依次外延生长u-GaN层、n-GaN层、多量子阱层和p-GaN耦合层；

步骤3：在p-GaN耦合层上生长纳米金属层；

步骤4：在纳米金属层上生长一P-GaN盖层；

步骤5：在P-GaN盖层上生长一p-GaN电流扩展层，完成外延结构的制备。

2.如权利要求1所述的制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法，其中衬底的材料为硅、蓝宝石或氮化镓，衬底的表面是平面或微图形PSS，或者纳米图形。

3.如权利要求1所述的制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法，其中p-GaN耦合层的掺杂浓度为10¹⁸/cm³，厚度为20-70nm。

4.如权利要求1所述的制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法，其中纳米金属层的生长方式是通过倾斜电子束蒸镀生长。

5.如权利要求4所述的制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法，其中纳米金属层的材料为银和金的核壳结构。

6.如权利要求5所述的制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法，其中纳米金属层的核壳结构为单层或者多层组合。

7.如权利要求1所述的制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法，其中P-GaN盖层的掺杂浓度为10¹⁹/cm³，厚度为10-50nm。

8.如权利要求1所述的制备氮化镓绿光发光二极管外延结构的方法，其中多量子阱层的发光波长为490-540nm。

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