[發(fā)明專利]氮化物發(fā)光二極管及其制備方法

無效

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• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103647009A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 陳沙沙;張東炎;劉曉峰;王良均;王篤祥
• 申請（專利權(quán)）人: 天津三安光電有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/32;H01L33/14;H01L33/00
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技術領域

本發(fā)明涉及半導體光電器件制備領域，尤其涉及氮化物半導體LED的制備技術。

背景技術

GaN基發(fā)光二極管在日常生活中被廣泛的應用，與傳統(tǒng)光源相比，LED具有壽命長，光效高，能耗低，體積小的優(yōu)良特性，是現(xiàn)代照明發(fā)展的一個重要趨勢。

LED發(fā)光效率是衡量LED器件好壞至關重要的指標之一，其中多量子阱（MQW）結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)高效發(fā)光的關鍵。傳統(tǒng)GaN基LED普遍使用InGaN/GaN結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在藍寶石和碳化硅襯底上沿C面生長的GaN基外延層存在自發(fā)極化和壓電極化，致使量子阱和量子壘的能帶產(chǎn)生嚴重彎曲，大大降低了對載流子的俘獲能力，注入效率變低，輻射復合效率降低。另外，為了降低電子過沖，普遍采用的方法是在發(fā)光層之后加入電子阻擋層。目前，如何提高MQW的復合效率是GaN基LED面臨的主要技術瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于：提供一種具有高復合效率有源區(qū)的發(fā)光二極管及其制備方法，對有源區(qū)進行Al_xIn_1-x-yGa_yN/GaN量子阱和常規(guī)InGaN/GaN量子阱的分段式組合生長，可以降低極化電場，提升電子和空穴的復合效率，增強LED器件的抗靜電能力，提升發(fā)光二極管發(fā)光效率。

本發(fā)明的技術方案為：具有高復合效率有源區(qū)的發(fā)光二極管，包括：n型氮化物層和p型氮化物層，及其位于兩者之間的有源區(qū)，其中，所述有源區(qū)包括第一量子阱和第二量子阱，所述第一量子阱鄰近所述n型氮化物層，其阱層為Al_xIn_1-x-yGa_yN（0＜x＜1，0＜y＜1，x≤y，x+y＜1）。

一般來說，n型氮化物層或p型氮化物層形成于襯底之上，當然，還可以根據(jù)需要在襯底與n型氮化物層之間插入低溫緩沖層，在緩沖層與n型氮化物層之間插入非摻雜氮化物層，在有源區(qū)與p型氮化層之間插入電子阻擋層，在p型氮化層上覆蓋高摻雜p型氮化層。

與常規(guī)結(jié)構(gòu)的有源區(qū)相比，本發(fā)明所述發(fā)光二極管通過保持有源區(qū)的多量子阱（MQW）總對數(shù)不變，其中第一量子阱包括M對Al_xIn_1-x-yGa_yN/GaN量子阱（0＜x＜1，0＜y＜1，x≤y，x+y＜1），第二量子阱包括N對InGaN/GaN量子阱，其中M、N取值范圍滿足5≤M+N≤30，2≤M≤7。

具體地，所述Al_xIn_1-x-yGa_yN/GaN量子阱的周期數(shù)M可為2~7個，周期厚度在15?至140?之間；所述Al_xIn_1-x-yGa_yN阱的In和Al組分是固定的，或者是沿著生長方向呈倒立V型漸變、梯形漸變或者正弦曲線漸變形式；所述InGaN/GaN量子阱的周期數(shù)N為3~23個，周期厚度在50?至200?之間。

優(yōu)選的，所述Al_xIn_1-x-yGa_yN阱的帶隙寬度最小值大于InGaN阱的帶隙寬度。在一些實施例中，所述Al_xIn_1-x-yGa_yN阱的帶隙寬度為2.9~3.4eV，所述InGaN阱的帶隙寬度為2.3~2.8eV。

優(yōu)選的，所述Al_xIn_1-x-yGa_yN/GaN量子阱周期厚度小于InGaN/GaN量子阱的周期厚度。在一些實施例中，所述InGaN/GaN量子阱周期厚度為50~200?，Al_xIn_1-x-yGa_yN/GaN量子阱周期厚度為InGaN/GaN量子阱的30%~70%。

前述氮化物發(fā)光二極管的制備方法，包括步驟：提供一襯底；在所述襯底上形成n型氮化物層；在所述n型氮化層之上形成有源區(qū)；在所述有源區(qū)之上形成p型氮化物層；其中，所述形成的有源區(qū)包括前M對Al_xIn_1-x-yGa_yN/GaN量子阱和后N對InGaN/GaN量子阱。