[發(fā)明專利]Ⅲ族-氮化物發(fā)光二極管與其形成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010617652.1
• 申請(qǐng)日: 2010-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102347412A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 果尚志;林弘偉;呂宥蓉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 果尚志
• 主分類(lèi)號(hào): H01L33/32
• 分類(lèi)號(hào): H01L33/32;H01L33/16;H01L33/08;H01L33/36;H01L33/00
• 代理公司: 北京中原華和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管與其形成方法，特別是涉及一種III族-氮化物發(fā)光二極管與其形成方法。?

背景技術(shù)

由于在照明應(yīng)用上具有極大的潛力，以白光發(fā)光二極管為基礎(chǔ)的固態(tài)光源獲得許多重視。對(duì)于白光二極管而言，可通過(guò)控制各種顏色(polychromatic)的發(fā)光體(emitter)，例如紅、黃、綠、藍(lán)等發(fā)光體的混合而控制其發(fā)光效力與色彩表現(xiàn)^1，2。現(xiàn)今，氮化銦鎵(indium?galliumnitride，InGaN)化合物半導(dǎo)體成為白光二極管中最具潛力的使用材料。這是由于氮化銦鎵In_xGa_1-xN(0≤x≤1)的直接能隙可由近紅外光區(qū)域(0.6eV，InN)被連續(xù)調(diào)整到近紫外光區(qū)域(3.4eV，GaN)，涵蓋整個(gè)可見(jiàn)光譜。然而，氮化銦鎵(InGaN)在波長(zhǎng)更長(zhǎng)的范圍，發(fā)光效率會(huì)大幅降低^2-5，導(dǎo)致其應(yīng)用受到限制。迄今，高效率的氮化銦鎵(InGaN)發(fā)光二極管僅限于藍(lán)光區(qū)域。因此，整個(gè)白光二極管通常是利用黃色磷光劑，例如摻雜有鈰(cerium)的釔鋁石榴石(yttrium?aluminum?garnet)，通過(guò)冷光下轉(zhuǎn)換(luminescencedown-conversion)技術(shù)，而發(fā)出白光。但是，由于斯托克司頻移損失(Stokesshift?loss)與有限的色彩表現(xiàn)^1，2，利用磷光劑(phosphor)轉(zhuǎn)換的光源其效率與發(fā)光質(zhì)量仍然不夠完美。再者，市場(chǎng)上也需要一個(gè)可涵蓋全可見(jiàn)光波段的發(fā)光體來(lái)滿足色彩顯示達(dá)最佳化的需求。因此，改善InGaN在更長(zhǎng)波段的發(fā)光效率是目前的研究主流。特別是，半導(dǎo)體材料在波長(zhǎng)介于550nm至590nm之間的綠黃光波段，即熟知的“綠黃光能隙”(green-yellow?gap)，其發(fā)光效率有明顯下降的趨勢(shì)，然而現(xiàn)今沒(méi)有任何半導(dǎo)體材料能在此波段制造出高效率的發(fā)光二極管^2，5。?

造成同一發(fā)光體，在不同波長(zhǎng)有不同的發(fā)光效率，可歸因于晶格結(jié)構(gòu)本身帶有極性，以及氮化銦(InN)與氮化鎵(GaN)之間的晶格系數(shù)差異(lattice?mismatch)，約11％。傳統(tǒng)的高質(zhì)量InGaN發(fā)光二極管，在六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)(wurtzite?crystal?structure)的GaN沿極性c軸(c-axis)方向成長(zhǎng)平面式的InGaN/GaN多重量子阱結(jié)構(gòu)。因此，所成長(zhǎng)的高銦含量的InGaN/GaN多重量子阱結(jié)構(gòu)，勢(shì)必有高密度的缺陷，以及內(nèi)部靜電(壓電)場(chǎng)(＞1MV/cm^6，7)的問(wèn)題。內(nèi)部電場(chǎng)會(huì)將電子與空穴的波函數(shù)(wave?function)分開(kāi)，造成量子局限斯塔克效應(yīng)(quantum?confined?Stark?effect，QCSE)，使得?發(fā)光體在長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍時(shí)，發(fā)光效率無(wú)法提高。?

對(duì)于低銦含量的藍(lán)光InGaN發(fā)光二極管而言，利用載流子局限現(xiàn)象(carrier?localization?phenomenon)與超薄的量子阱結(jié)構(gòu)，例如商業(yè)產(chǎn)品的InGaN發(fā)光二極管或激光二極管其寬度約2至4nm，借此可減輕缺陷密度與QCSE的影響。不幸地，上述方案不能應(yīng)用在高銦含量的InGaN量子阱結(jié)構(gòu)，因其缺乏強(qiáng)的電荷局限，且具有更大的內(nèi)部電場(chǎng)。此外，對(duì)于極性c-平面(c-plane)InGaN二極管，還有其它與QCSE或量子阱結(jié)構(gòu)相關(guān)的不利特性，例如，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流增加，由于內(nèi)部電場(chǎng)造成載流子屏蔽，使發(fā)光效率降低，并且其中心波長(zhǎng)會(huì)往藍(lán)光的波長(zhǎng)方向移動(dòng)。因此，如何解決QCSE的問(wèn)題，成為照明光源發(fā)展所亟需克服的問(wèn)題。?

過(guò)去數(shù)年已有許多研究致力于克服QCSE效應(yīng)，例如在各種基板上成長(zhǎng)非極性的a-平面(a-plane)或m-平面(m-plane)^7，8。然而，非極性的方法有其本身的限制與挑戰(zhàn)⁸，因而，對(duì)于“綠黃光能隙”的效率降低問(wèn)題，仍然沒(méi)有最佳解決方案。?

參考文獻(xiàn)1：Schubert，E.F.&Kim，J.K.Sold-state?light?sourcesgetting?small.Science?308，1274-1278(2005)；?