[發(fā)明專利]一種有源區(qū)為P型的氮化鎵系半導(dǎo)體發(fā)光管

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110254377.6
• 申請(qǐng)日: 2011-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102280547A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉寶林;曾凡明;劉威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/06
• 分類號(hào): H01L33/06;H01L33/32
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森;曾權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光管，尤其是涉及一種有源區(qū)為P型的氮化鎵系半導(dǎo)體發(fā)光管。

背景技術(shù)

隨著新工藝、新技術(shù)、新材料的快速發(fā)展，以氮化鎵(GaN)及其化合物半導(dǎo)體、SiC等材料為代表的第三代半導(dǎo)體材料被廣泛的研究和應(yīng)用，尤其是以氮化鎵系化合物為代表的半導(dǎo)體材料在光電領(lǐng)域的應(yīng)用，如藍(lán)綠光以及紫外發(fā)光二極管，藍(lán)綠光以及紫外激光器，短波段太陽(yáng)能電池，光探測(cè)器等方面的應(yīng)用，具有廣闊的前景和發(fā)展?jié)摿Α２糠殖善菲骷驯粡V泛應(yīng)用于大功率照明、全彩戶外大型顯示屏、光通訊、存儲(chǔ)等方面([1]Shuji?Nakamura.Recent?Developments?in?InGaN-Based?Blue?LEDs?and?LDs.Department?of?Research?and?Development，Nichia?Chemical?Industries，Ltd；[2]Takashi?MUKAI，Motokazu?YAMADA?and?Shuji?NAKAMURA.Characteristics?of?InGaN-Based?UV/Blue/Green/Amber/Red?Light-Emitting?Diodes.Jpn.J.Appl.Phys，1999；38：3976；[3]F.A.ponce?&?D.P.Bour，Nature，Vol?386，27March?1997.)。

目前，氮化鎵及其化合物半導(dǎo)體發(fā)光材料的制備可以采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積的方法(MOCVD)、分子束外延(MBE)或氫化物氣相外延(HVPE)等方法，在單晶襯底上外延生長(zhǎng)氮化鎵系化合物半導(dǎo)體材料。工業(yè)生產(chǎn)中，最為廣泛的生長(zhǎng)氮化鎵及其化合物光電器件的方法，是通過(guò)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的方法，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)器件結(jié)構(gòu)，主要包括襯底層、緩沖層、N型層、有源區(qū)、載流子阻擋層、P型層、電極等結(jié)構(gòu)。一般情況下，襯底表面、P型層表面以及N型層可以包含以提高器件出光效率，優(yōu)化金屬半導(dǎo)體歐姆接觸，優(yōu)化器件抗靜電特性而生長(zhǎng)的透明導(dǎo)電的薄層結(jié)構(gòu)。外延完成后，通過(guò)光刻，干法刻蝕，金屬蒸鍍，腐蝕等工序，使器件露出N型層，并在P層表面制作擴(kuò)展電流的透明導(dǎo)電層以及打線電極，器件經(jīng)過(guò)研磨切割，并且封裝后，制得發(fā)光器件。其中夾在P型層和N型層之間的有源區(qū)，一般是由具有不同禁帶寬度的勢(shì)壘層和勢(shì)阱層重復(fù)交替層疊的多量子阱結(jié)構(gòu)組成，勢(shì)壘層半導(dǎo)體材料禁帶寬度大于勢(shì)阱層禁帶寬度，載流子經(jīng)過(guò)時(shí)可被限制在勢(shì)阱層中，進(jìn)行輻射復(fù)合。在氮化鎵系化合物半導(dǎo)體材料制作的光電器件中，有源區(qū)多量子阱結(jié)構(gòu)中的勢(shì)壘層可以采用GaN系材料，勢(shì)阱層可以采用InGaN系材料([4]Chin-Hsiang?CHEN，Shoou-JinnCHANG?and?Yan-Kuin?SU.High-Indium-Content?InGaN/GaN?Multiple-Quantum-Well?Light-Emitting?Diodes.Jpn.J.Appl.Phys，2003；42：2281；[5]Horng-Shyang?Chen，Dong-Ming?Yeh，Chih-Feng?Lu，etal.White?light?generation?with?CdSe-ZnS?nanocrystals?coated?on?an?InGaN-GaN?quantum-well?blue/Green?two-wavelength?light-emitting?diode.IEEE?PHOTONICS?TECHNOLOGY?LETTERS，2006；18：NO.13.)。傳統(tǒng)工藝中，勢(shì)壘部分可由未摻雜的本征氮化鎵材料或含有N型摻雜劑的氮化鎵材料構(gòu)成。在本征氮化鎵系材料或N型氮化鎵系材料中，空穴是作為少子，但是氮化鎵系材料中空穴作為少子的擴(kuò)散長(zhǎng)度遠(yuǎn)短于電子作為少子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，而少子擴(kuò)散長(zhǎng)度短將影響半導(dǎo)體器件的光電特性，例如：有源區(qū)中載流子的分布不均勻，以及量子阱結(jié)構(gòu)的注入效率和載流子的輻射復(fù)合幾率差，尤其是位于少子擴(kuò)散方向上，多量子阱結(jié)構(gòu)末端的量子阱，其少子注入效率相對(duì)較低，并且有源區(qū)中可以設(shè)計(jì)的量子阱數(shù)量也將受到限制。這些問(wèn)題將影響器件的發(fā)光效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種有源區(qū)為P型的氮化鎵系半導(dǎo)體發(fā)光管。

本發(fā)明從下至上依次設(shè)有襯底層、緩沖層、N型層、有源區(qū)、P型層、P金屬電極和N金屬電極；所述P金屬電極連接P型層，N金屬電極連接N型層，所述有源區(qū)被夾在P型層與N型層之間，所述有源區(qū)由包含最少2個(gè)層疊周期的勢(shì)壘層和勢(shì)阱層重復(fù)交替層疊而成，每1個(gè)層疊周期包含一層勢(shì)壘層和一層勢(shì)阱層，所述勢(shì)壘層摻入P型摻雜劑。