[發明專利]一種新型結構的大功率氮化鎵基LED

無效

• 申請號: 200910264672.2
• 申請日: 2009-12-22
• 公開（公告）號: CN101740691A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 郝國棟;王懷兵;孔俊杰;范亞明;陳勇;黃曉輝
• 申請（專利權）人: 蘇州納晶光電有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種氮化鎵基發光二極管，尤其涉及一種大功率氮化鎵基發光二極管的結構。

背景技術

半導體照明LED具有壽命長、節能、環保等顯著優點，被認為是繼白熾燈、熒光燈之后又一次照明技術的革命，是目前國際上半導體和照明領域研發和產業關注的焦點，擁有巨大的應用前景。

現有的氮化鎵基發光二極管，其傳統結構為以藍寶石為襯底，然后在藍寶石襯底的一側，依次從下而上分別設置一N型氮化鎵接觸層、一氮化銦鎵發光層、一P型氮化鎵接觸層，最后，于P型氮化鎵接觸層和N型氮化鎵接觸層上分別設置一正電極和負電極。在此傳統結構下的氮化鎵基發光二極管，其發光層主要是以氮化銦鎵(In_xGa_1-xN，x＝0～1)為勢阱(Potential?Well)的多重量子阱(Multi-quantum?Well)結構，電子和空穴在勢阱結合而釋放出光子。

但是，GaN基LED目前還沒有進入通用照明領域，其中一個主要原因在于，隨著工作電流增加，目前的GaN基LED發光效率會急劇下降。這極大的限制了大功率發光二極管的發展。

目前采用的N-型有源層是最為常用的LED結構之一，由于有源區和P-GaN層中間有一AlGaN電子阻擋層，其在阻擋電子的同時，也限制了空穴向有源區的注入，這在大電流下尤為明顯。同時，由于GaN系列材料為極性半導體材料，在內建電場的作用下，電子占據在單個量子阱中靠近p區一側，空穴占據在靠近n區一側，由于電子阻擋層的作用，空穴和電子主要占據在靠近p區的最后一個量子阱中，這就使得電子空穴復合發光主要是在最后一個量子阱中進行，很大程度上制約著光電轉換效率。

例如，申請號為200910111881.3的中國發明申請公開說明書公開了一種通過激光器的外延結構和傳統二極管的制備方法來實現較高的出光效率和輸出功率的GaN基多量子阱超輻射發光二極管，設有藍寶石襯底，在藍寶石襯底上外延生長多層異質結構，多層異質結構自下而上設有低溫GaN緩沖層、N型GaN電極接觸層、N型AlGaN/GaN超晶格光限制層、N型GaN波導層、InGaN/GaN多量子阱有源層、P型AlGaN電子阻擋層、P型GaN波導層、P型AlGaN/GaN超晶格光限制層、P型GaN層和P型InGaN/AlGaN超晶格電極接觸層，在N型GaN電極接觸層上設有N型電極，在P型InGaN/AlGaN超晶格電極接觸層上設有P型電極。

為了提高空穴的注入效率，提高光電轉換效率，需要設計新型的LED結構。

發明內容

本發明目的是提供一種新型結構的大功率氮化鎵基的發光二極管(LED)。

為達到上述目的，本發明具體技術方案是，一種新型結構的大功率氮化鎵基的發光二極管(LED)，包括：

襯底、N型氮化鎵(n-GaN)層、氮化鋁鎵(AlGaN)阻擋層、氮化銦鎵/氮化鎵(InGaN/GaN)多量子阱有源層、P型氮化鎵(p-GaN)層、P⁺-氮化銦鎵(P⁺-InGaN)導電層、氧化銦鈦(ITO)電極層、二氧化硅(SiO₂)鈍化層、P電極和N電極，其特征在于，其中，所述氮化鋁鎵阻擋層為空穴阻擋層；所述氮化銦鎵/氮化鎵多量子阱有源層為非對稱多量子阱有源層，所述非對稱多量子阱有源層中阱寬大小自下而上逐漸減小；所述N型氮化鎵層呈高低臺階狀，具有高臺面和低臺面；所述N電極設置在N型氮化鎵層的低臺面上；

所述大功率氮化鎵基的發光二極管自下而上的結構為：襯底、設置在襯底上的N型氮化鎵層、設置在N型氮化鎵層的高臺面上的氮化鋁鎵空穴阻擋層、設置在空穴阻擋層上的非對稱多量子阱有源層、設置在非對稱多量子阱有源層上的P型氮化鎵層、設置在P型氮化鎵層上的P⁺-氮化銦鎵導電層、設置在P⁺-氮化銦鎵導電層上的氧化銦鈦電極層；所述P電極設置在氧化銦鈦電極層中間；

所述二氧化硅鈍化層設置在整個發光二極管的上表面和側表面上，具體地，二氧化硅鈍化層設置在氧化銦鈦電極層的表面、N型氮化鎵層的低臺面以及氧化銦鈦電極層、P⁺-氮化銦鎵導電層、P型氮化鎵層、非對稱多量子阱有源層、氮化鋁鎵空穴阻擋層的側面。

上述技術方案中，氮化鋁鎵(AlGaN)阻擋層位于N型氮化鎵層(n-GaN)之上，氮化銦鎵/氮化鎵多量子阱有源層之下；并且氮化鋁鎵(AlGaN)阻擋層為空穴阻擋層，可以選自：不摻雜或者低濃度n型摻雜的氮化鋁鎵層；因此，有源區位于pn結的p區位置，實現空穴有效地注入有源區。