[發(fā)明專利]一種提高發(fā)光二極管發(fā)光效率的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110258718.7
• 申請日: 2011-09-02
• 公開（公告）號: CN102306691A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設計）人: 韓杰;魏世禎
• 申請（專利權）人: 華燦光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 江西省專利事務所 36100
• 代理人: 胡里程

技術領域

本發(fā)明涉及一種能夠應用于半導體發(fā)光二極管，特別是氮化鎵基藍綠光發(fā)光二極管，能有效提高其發(fā)光效率的一種新方法。

背景技術

半導體發(fā)光二極管具有體積小、效率高和壽命長等優(yōu)點，在交通指示、戶外全色顯示等領域有著廣泛的應用。尤其是利用大功率發(fā)光二極管(LED)可能實現(xiàn)半導體固態(tài)照明，引起人類照明史的革命，從而逐漸成為目前光電子學領域的研究熱點。然而，目前產業(yè)化的LED發(fā)光效率只有50lm/W左右，其效率還較傳統(tǒng)的光源低很多。為了獲得高亮度的LED，關鍵要提高器件的量子效率。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提出一種新的方法增加半導體發(fā)光二極管的量子效率，這種方法直接運用于外延片生長工藝中，通過改變發(fā)光層MQW中壘層的厚度，提高電子與空穴在MQW中復合的效率從而增加其發(fā)光效率。

本發(fā)明的技術方案為：一種提高發(fā)光二極管發(fā)光效率的結構，該二極管外延片結構從下向上的順序依次為襯底，低溫緩沖層，高溫緩沖層，N型層，N型層，N型層，N型層，發(fā)光層，P型層，P型層，P型層。發(fā)光層MQW(多量子阱)中采用具有不同厚度的壘層來提高發(fā)光效率：靠近N型層一側的壘層厚度為15nm到25nm，而靠近P型層一側的壘層的厚度在5到15nm。壘層的生長厚度介于5nm至20nm之間，生長溫度介于800℃至1050℃之間，V/IH摩爾比介于1000至20000之間。發(fā)光層MQW中，壘層的結構可以是AlxInyGal-x-yN?0≤x＜1，0≤y＜1，x+y＜1。發(fā)光層MQW中間X個壘層的厚度較厚，其余Y個壘層的厚度較薄，且中間X個壘層的厚度大于其余Y個壘層的厚度。

本發(fā)明以高純氫氣(H2)或氮氣(N2)作為載氣，以三甲基鎵(TMGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源，用硅烷(SiH4)、二茂鎂(Cp2Mg)分別作為n、p型摻雜劑。

外延結構如圖四所示：

(1)襯底1

在本發(fā)明所述襯底1是適合氮化鎵及其它半導體外延材料生長的材料，如：氮化鎵單晶、藍寶石、單晶硅、碳化硅(SiC)單晶等等。

首先將襯底材料在氫氣氣氛里進行退火，清潔襯底表面，溫度控制在1050℃與1180℃之間，然后進行氮化處理；

(2)低溫緩沖層2

將溫度下降到500℃與650℃之間，生長15至30nm厚的低溫GaN成核層，此生長過程時，生長壓力在300Torr至760Torr之間，V/III摩爾比在500至3000之間；

(3)高溫緩沖層3

低溫緩沖層2生長結束后，停止通入TMGa，將襯底溫度升高到1000℃至1200℃之間，對低溫緩沖層2在原位進行退火處理，退火時間在5分鐘至10分鐘之間；退火之后，將溫度調節(jié)到1000℃至1200℃之間，在較低的V/III摩爾比條件下外延生長厚度為0.8μm至2μm之間的高溫不摻雜的GaN，此生長過程時，生長壓力在50Torr至760Torr之間，V/III摩爾比在300至3000之間；

(4)N型層4

U-GaN?3生長結束后，生長一層摻雜濃度梯度增加的的N型層4，厚度在0.2μm至1μm之間，生長溫度在1000℃至1200℃之間，生長壓力在50Torr至760Torr之間，V/III摩爾比在300至3000之間；

(5)N型層5

N型層4生長結束后，生長摻雜濃度穩(wěn)定的N型層5，厚度在1.2μm至3.5μm之間，生長溫度在1000℃至1200℃之間，生長壓力在50Torr至760Torr之間，V/III摩爾比在300至3000之間；

(6)N型層6

N型層5生長結束后，生長N型層6，厚度在10nm至100nm之間，生長溫度在1000℃至1200℃之間，生長壓力在50Torr至760Torr之間，V/III摩爾比在300至3000之間；

(7)N型層7

N型層6生長結束后，生長N型層7，厚度在10nm至50nm之間；摻雜濃度穩(wěn)定，生長溫度在1000℃至1200℃之間，生長壓力在50Torr至760Torr之間，V/III摩爾比在300至3000之間；

(8)發(fā)光層MWQ?8