[發明專利]一種具有復合勢壘的氮化鎵基發光二極管

有效

• 申請號: 201310035913.2
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103151435A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 張雄;許潔;崔一平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/32
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于半導體照明領域，涉及一種具有復合勢壘的氮化鎵基LED。

背景技術

GaN基LED已經進入市場并取得很大進展，但是芯片出光效率低下問題仍未得到很好解決。原因在于：III-V族氮化物發光元件中存在著極化效應，包括自發極化和壓電極化。自發極化是纖鋅礦結構在[0001]方向的不對稱引起的，而壓電極化產生的原因是在異質結界面處，由于不同材料之間彼此晶格不匹配產生應力，使得陰離子和陽離子的排列發生移動，產生出極化電荷的壓電效應所致。由于極化效應所引起的內建極化電場是強電場，在量子阱內部引起嚴重的能帶彎曲變形，使電子和空穴的波函數在空間上有所分離，從而降低了量子阱內的載流子自發輻射速率，使得器件的內量子效率低下，同時也限制了發光效率。

目前主流的氮化鎵基LED一般均采用InGaN/GaN多量子阱作為發光有源區，其中的極化效應是必須重視的。采用四元氮化物AlInGaN可根據需要引入適當的張應變和壓應變，以達到減小極化效應的目的。AlN的自發極化常數最大，InN次之，GaN最小。按照Fiorentini等人的理論，將某種材料的自發極化強度與壓電極化強度相加，得到的就是其總極化強度。

三元氮化物材料的自發極化強度P_sp與組分的關系可用下式表示：

P_sp(Al_xGa_1-xN)=-0.090x-0.034(1-x)+0.019x(1-x)

(1)

P_sp(In_xGa_1-xN)=-0.042x-0.034(1-x)+0.038x(1-x)

(2)

P_sp(Al_xIn_1-xN)=-0.090x-0.042(1-x)+0.071x(1-x)

(3)

四元氮化物AlInGaN的自發極化強度為：

P_ps(Al_xIn_yGa_1-x-yN)=P_ps(AlN)x+P_ps(InN)y+P_ps(GaN)(1-x-y)，

(4)

而AlInGaN、AlInN、InGaN和AlGaN的壓電極化強度P_pz可利用下列公式算出：

P_pz(Al_xIn_yGa_1-x-yN)=P_pz(AlN)x+P_pz(InN)y+P_pz(GaN)(1-x-y)，

(5)

其中

P_pz(AlN)=-1.808□+5.624□²當□<0，

(6)

P_pz(AlN)=-1.808□-7.888□²當□>0，

(7)

P_pz(GaN)=-0.918□+9.541□²,

(8)

P_pz(InN)=-1.373□+7.559□²,

(9)

P_total=P_ps+P_pz

(10)

其中□是晶格失配度。當氮化銦鎵勢阱層的In組分確定時，我們可以根據上述公式得到合適的復合勢壘層InAlGaN與InGaN界面處的In，Al組分，使得InGaN層和AlInGaN層的極化強度相匹配，由此可減小InGaN量子阱中的極化效應。