始一層接另一層的表面而連續(xù)生長。在一些器件中，金屬層作為最外層，但是金屬層通常不能通過外延法進行沉積，反而是用不同的步驟，如蒸鍍法、濺射法，使金屬沉積。
[0046]以下所有實施例均以GaN材料體系制成，當然也可由其它許多獨立或組合的材料系統(tǒng)來制造，如由II1-V族元素構(gòu)成的InGaN、AlGaN, GaP、GaAs, AlInGaN或其它組合構(gòu)成的合金體系。
[0047]實施例1:
[0048]本實施例的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)如圖1所示，不加虛線，該單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管為正裝結(jié)構(gòu)，包括可由許多不同材料諸如藍寶石、GaN、SiC、GaAs> S1、GaP、MgO、Zn0、MgA1204等材料構(gòu)成的襯底I。藍寶石是適合的材料，首先，藍寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好；其次，藍寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運用在高溫生長過程中；最后，藍寶石的機械強度高，易于處理和清洗。因為它具有與第III族元素氮化物(如GaN)匹配的近似晶格，以及導(dǎo)致較高質(zhì)量的第III族元素氮化物膜。在本文的實施例中，襯底均采用藍寶石襯底，當然也可以采用其它材料構(gòu)成的襯底。
[0049]襯底I上為非摻雜的GaN層緩沖/成核層2。層2可減少在外延生長中的缺陷而遠離襯底I的界面，緩沖/成核層的作用和詳細資料一般是本領(lǐng)域公知的，因此不做過多討論。
[0050]層緩沖/成核層2上為多個交替生長的ρ型GaN層3和η型GaN層4。每個ρ型GaN層3和η型GaN層4之間及η型歐姆接觸層4和ρ型歐姆接觸層3夾置有有源層5。層3或?qū)?的用途在于用作LED有源層5的限制層和與金屬電極連接的歐姆接觸層。層3或?qū)?可由許多不同的材料制成，如S1、C摻雜的η型GaN，Mg摻雜的GaN。層5是一具有量子阱結(jié)構(gòu)的區(qū)域，用來發(fā)射不同波長的光。這些量子阱可以由II1-V族元素構(gòu)成，如氮化銦鎵(InxGayN)、氮化銷鎵(AlxGayN)銷銦鎵氮(AlxInyGazN)等，也可以由稀土離子慘雜GaNJn GaN:Eu3+、GaN:Er3+、GaN:Tm3+等。有源層5也可具有單量子阱或多量子阱結(jié)構(gòu)。在操作中，來自層3的ρ型載流子與來自層4的η型載流子結(jié)合，以在有源層5中產(chǎn)生光。
[0051]通過刻蝕，在層3和層4上形成臺面，在層3形成的臺面上制作η型電極11，在層4形成的臺面上制作ρ型電極12。
[0052]在該實施例中，η型GaN的厚度約為0.1-2 μ m，摻雜濃度約為1.0X 118CnT3-L OX 120CnT30 ρ 型 GaN 的厚度約為 0.1-2 μ m，摻雜濃度約為 1.0 X 11W3-L O X 11W30 有源層中量子阱的周期數(shù)約為1-20，每個周期量子阱的厚度約為0.l-10nm。若有源層采用InxGayN或AlxGayN,則x的范圍約為0-0.9，x+y = I若有源層采用AlxInyGazN，則x的范圍約為0-0.9，y的范圍約為0-0.9,x+y+z = I。若采用若有源層采用稀土慘雜GaN，則摻雜濃度約為Lox11W3-Lox12W3O η電極材料為鎳、銀、鉑、鈀、金或ιτο，或鎳、銀、鉑、鈀、金、ITO中的幾種材料的組合。P電極材料為T1、Al、Cr、ΙΤ0、Pd或Au，或T1、Al、Cr、ΙΤ0、Pd, Au中的幾種材料的組合。
[0053]在該實施例中，每個有源層5可以由單獨的一對電極11或12控制，也可以多電極協(xié)同控制，用來合成不同發(fā)光波長的光或者白光。
[0054]實施例2:
[0055]本實施例的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)如圖1所示，加虛線，該單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管為倒裝結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)與實例I相同，實施例3的結(jié)構(gòu)為在實例I的最上層，也就是距離襯底I最遠的層3或?qū)?上制作反射層6，形成倒裝結(jié)構(gòu)。層6的作用為反射有源層5發(fā)射出的光，以提高光提取效率。其可以由多種材料構(gòu)成，如金屬Ag。實施例2中有源層5發(fā)出的光一方面直接從襯底I出射，另一方面通過層6反射至層I再出射。
[0056]實施例3:
[0057]本實施例的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)如圖2所示，該單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管為垂直結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)與實例I相同，實施例3的結(jié)構(gòu)為將實施例I的襯底I和緩沖/成核層2去掉，在ρ型歐姆接觸層3或η型歐姆接觸層4的背面制作P電極11或η電極12，形成垂直結(jié)構(gòu)，該垂直結(jié)構(gòu)的電極可以由多種材料構(gòu)成，如金屬Cu、Ag、T1、Al、N1、Au或它們組成的合金，C系材料如石墨、石墨稀或其它材料。該垂直結(jié)構(gòu)的電極電極可以同時兼?zhèn)鋵?dǎo)電性、導(dǎo)熱性、柔性等其它特性。
[0058]以上所述的具體實施例，是對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，如上述實施例只列出僅三個有源層的情況，當然根據(jù)本發(fā)明也可以制成含有四個或四個以上有源層的器件。如上述實施例采用的材料為GaN體系，當然根據(jù)本發(fā)明也可以制成其它材料體系的器件。因此凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括: 一襯底； 一緩沖/成核層，其制作在襯底上； 多個交替生長的P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層，該多個交替生長的P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層制作在緩沖/成核層上，且每個P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層之間及η型歐姆接觸層和P型歐姆接觸層夾置有有源層，該有源層可以發(fā)射不同顏色的光，且每個P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層分別連接有P電極或η電極，形成正裝結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中還包括在最上面的P型歐姆接觸層或η型歐姆接觸層上制作一反射層，形成倒裝結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中還包括將所述襯底和緩沖/成核層去掉，在P型歐姆接觸層或η型歐姆接觸層的背面制作P電極或η電極，形成垂直結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層之間的P電極和η電極為相互獨立。
5.如權(quán)利要求1所述的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中該有源層發(fā)射的光為紅光、綠光或藍光，或及其組合光。
6.如權(quán)利要求1所述的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述有源層為量子阱結(jié)構(gòu)，其材料為InGaN、AlGaN或AlInGaN，或及其組合，或稀土摻雜GaN的材料。
7.如權(quán)利要求3所述的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述的垂直結(jié)構(gòu)的電極為柔性電極。
8.—種單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟: 步驟1:取一藍寶石襯底； 步驟2:在藍寶石襯底上生長緩沖/成核層； 步驟3:在緩沖/成核層上生長多個交替疊加的P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層，其中每兩個歐姆接觸層之間夾置有有源層，形成外延片； 步驟4:在生長好的外延片的表面的兩側(cè)向下刻蝕，刻蝕深度分別到達P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層內(nèi)，形成臺面； 步驟5:在P型歐姆接觸層上形成的臺面上制作P電極，在η型歐姆接觸層上形成的臺面上制作η電極，形成正裝結(jié)構(gòu)，完成制作。
9.如權(quán)利要求8所述的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，其中還包括在最上面的P型歐姆接觸層或η型歐姆接觸層上制作一反射層，形成倒裝結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求8所述的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其中還包括將襯底和緩沖/成核層去掉，在P型歐姆接觸層或η型歐姆接觸層的背面制作P電極或η電極，形成垂直結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求8所述的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，中P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層之間的P電極和η電極為相互獨立。
12.如權(quán)利要求8所述的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其中所述有源層為量子阱結(jié)構(gòu)，其材料為InGaN、AlGaN或Al InGaN，或及其組合，或稀土摻雜GaN的材料。
13.如權(quán)利要求8所述的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其中該有源層發(fā)射的光為紅光、綠光或藍光，或及其組合光。
14.如權(quán)利要求10所述的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其中所述的垂直結(jié)構(gòu)的電極為柔性電極。
【專利摘要】一種單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括：一襯底；一緩沖/成核層，其制作在襯底上；多個交替生長的p型歐姆接觸層和n型歐姆接觸層，該多個交替生長的p型歐姆接觸層和n型歐姆接觸層制作在緩沖/成核層上，且每個p型歐姆接觸層和n型歐姆接觸層之間及n型歐姆接觸層和p型歐姆接觸層夾置有有源層，該有源層可以發(fā)射不同顏色的光，且每個p型歐姆接觸層和n型歐姆接觸層分別連接有p電極或n電極，形成正裝結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有工藝簡單，驅(qū)動電路簡單，無需熒光粉，壽命長，色域廣，具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，并且可采用柔性襯底，在白光照明、全色顯示和光調(diào)控領(lǐng)域可以發(fā)揮重要作用。
【IPC分類】H01L27-15, H01L33-00
【公開號】CN104617122
【申請?zhí)枴緾N201510006038
【發(fā)明人】趙博, 李晉閩, 伊?xí)匝? 郭金霞, 馬駿, 劉志強
【申請人】中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月7日