[發明專利]具有多層勢壘結構的氮化鎵基發光二極管

無效

• 申請號: 201210017954.4
• 申請日: 2012-01-20
• 公開（公告）號: CN102544281A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 葉孟欣;吳志強;盧國軍
• 申請（專利權）人: 廈門市三安光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種氮化鎵基發光二極管，更具體地是涉及一種于活性層形成一種兼具極化匹配與高能障多層勢壘結構的氮化物發光二極管。

背景技術

隨著功率型氮化鎵基發光二極管的效率不斷提升，用氮化鎵基發光二極管半導體燈替代現有的照明光源將成為勢不可擋的趨勢。然而半導體照明要進入千家萬戶，還有許多問題需要解決，其中最核心的就是發光亮度與發光效率。

白光發光二極管要取代現階段照明市場，發光效率至少要達到100lm/W以上，且需克服氮化物發光二極管在大電流下所造成發光效率驟降的效應(Droop?Effect)。傳統氮化鎵基發光二級管的活性層公知結構中，勢壘層通常是由氮化鎵(GaN)材料所構成，阱層通常是由氮化銦鎵(InGaN)材料所構成。氮化鎵和氮化銦鎵材料的晶格常數的不匹配常會造成明顯的極化效應(Polarization?effect)，造成在大電流操作下發光效率迅速下降，此現象稱之驟降效應(Droop?Effect)。

目前最廣泛采用的解決方法是透過器件表面電極的設計改善或類似采用Osram?UX3的制作工藝，減少電流擁擠現象（Current?Crowding），降低部分區域電流密度過大的狀況產生。此方法雖有效改善氮化物發光二極管大電流操作下發光效率的驟降效應，但是，這些芯片的制作工藝比公知的氮化物發光二極管的制作工藝復雜許多，且不是從材料本質上解決這個問題。

發明內容

本發明提出一種氮化物發光二極管的結構，可以實際從材料本質上解決前述相關技術中的限制及缺點。

本發明解決上述問題采用的技術方案是：具有多層勢壘結構的氮化鎵基發光二極管，包含：襯底；由氮化物半導體分別形成的n側層和p側層，位于襯底之上；在n側層和p側層之間具有由氮化物半導體構成的活性層；活性層由阱層、多層勢壘結構層依次層疊構成，多層勢壘結構層由一第一氮化鋁銦鎵薄層和一第二氮化鋁銦鎵薄層交互重復堆疊形成。

?所述多層勢壘結構層是由第一氮化鋁銦鎵薄層和第二氮化鋁銦鎵薄層交互重復堆疊所形成的超晶格結構，其重復次數至少為二次。

所述第一氮化鋁銦鎵薄層為Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N所構成,?0<x1<1,?0<y1<1，x1+y1<1，第二氮化鋁銦鎵薄層為能Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N所構成,?0≤x2<1,?0<y2<1，x2+y2<1，其中x1≠x2，y1≠y2。

所述多層勢壘結構層的厚度小于或等于600埃。

所述第一氮化鋁銦鎵薄層的厚度為5～50埃，其n型摻雜濃度小于5×10¹⁸cm^-3。本發明選擇第一氮化鋁銦鎵Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N薄層膜厚10埃～30埃，0.1<x1<0.45，0.2?<y1<0.4，x1+y1<1。

所述第二氮化鋁銦鎵薄層的厚度為5～50埃，其n型摻雜濃度小于5×10¹⁸cm^-3。本發明優先選擇第二氮化鋁銦鎵Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N薄層膜厚10埃～30埃，0<x2<0.2，0.05<y2<0.4，x2+y2<1。

所述第一氮化鋁銦鎵薄層，其Al、In、Ga組分是固定或變化的。

所述第二氮化鋁銦鎵薄層，其Al、In、Ga組分是固定或變化的。

在本發明中，活性層的勢壘層是借由調整第一氮化鋁銦鎵薄層與第二氮化鋁銦鎵薄層中的Al、In組分、薄層厚度與重復次數形成超晶格結構，使其晶格與阱層匹配，避免了一般氮化物活性層中阱層與勢壘層因晶格不匹配所造成的極化效應，因此可使氮化物發光二極管在大電流操作下，其發光效率的驟降效應獲得明顯的改善，進而提高氮化物發光二極管的發光效率。

進一步地，利用第一氮化鋁銦鎵薄層和第二氮化鋁銦鎵薄層交互重復堆疊所形成的極化匹配與高能障多層勢壘結構層，使其與阱層(氮化銦鎵材料)的晶格匹配，而無顯著的極化效應，因此在不同大小的電流操作下，無明顯的藍移或紅移的現象。