[發明專利]一種氮化物半導體發光二極管及其制作方法

有效

• 申請號: 201711064702.6
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107871803B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 鄭錦堅;李水清;周啟倫;鐘志白;吳雅萍;杜偉華;李志明;鄧和清;臧雅姝;林峰;陳松巖;康俊勇
• 申請（專利權）人: 廈門三安光電有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/06;H01L33/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種氮化物半導體發光二極管及其制作方法，包括：N型氮化物半導體，多量子阱，P型氮化物半導體，所述多量子阱由阱層和壘層構成的周期性結構，阱層采用相分離控制方法生長，包括相分離層生長方法和非相分離層生長方法，阱層由至少一相分離層和一非相分離層組成，相分離層形成激子限域深勢阱和三維量子限制多量子態的量子點，抑制載流子被非輻射復合中心俘獲，并給非相分離層施加量子效應和提供空穴與電子注入，非相分離層則提供電子和空穴輻射復合的勢阱，控制發光波長。

技術領域

本發明涉及半導體光電器件領域，特別是一種具有相分離層和非相分離層組成量子阱的氮化物半導體發光二極管及其制作方法。

背景技術

現今，氮化物半導體發光二極管（LED），因其較高的發光效率、使用壽命長、波長連續可調、節能環保等優點，已廣泛應用于室內白光照明、手機背光照明、電視背光照明、顯示照明、路燈、景觀燈等領域。采用量子阱結構的氮化物發光二極管通過量子限制作用，可提升有源區的電子和空穴波函數的交疊幾率和復合效率。InGaN材料容易產生包括團聚、有序和分離，形成兩個或多個In組分不同的InGaN相，從而產生相分離，傳統的氮化物半導體發光二極管的量子阱的阱層的InGaN有的存在局部相分離，有的不存在相分離，或者相分離與非相分離狀態雜亂無章地混合，使量子阱的阱層的量子效應的效果受限，甚至會降低發光效率。申請號為200510064802.X的中國專利，提出使用In_1-x-yGa_xAl_yN的阻擋層、In_1-x Ga_xN的勢阱活性層和In_1-x-yGa_xAl_yN的第二導電型鍍層的結構，通過控制構成組分的摩爾分數來使勢阱和勢壘間的晶格常數接近，減少失配應力引起晶格缺陷，從而抑制In_1-xGa_xN勢阱內的相分離至最??；該專利主要利用組分、晶格匹配和應力抑制的方法來調節相分離，目的是減少晶格失配應力來降低相分離，效果為相分離最小。因此，本發明通過控制InGaN材料的生長條件，形成有序的InGaN相分離層和非相分離層，提升氮化物半導體發光二極管的量子效率。申請號為200580049629.4的中國專利，提出一種金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）制備白光發光二極管，通過單重或多重In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN量子阱（QW）內覆蓋氮化銦InN量子點和富銦的InGaN量子點而產生覆蓋所有可見光譜的寬帶發射光，可調整In釋放參數，相當于制作銦組分連續且范圍大的InGaN阱層，使阱層的帶隙具有紅、綠、藍等波段，從而使量子阱發射不同波長400nm~750nm的光混合為白光出射，該專利的目的為在制作銦組分不同的阱層，作用為在同一個阱層發射不同波長的光而形成白光。

為了解決相分離和非相分離控制問題，有必要提出一種新的氮化物半導體發光二極管及其制作方法，利用相分離效應提升量子效率和發光效率。

發明內容

為了利用相分離和非相分離的特性提升氮化物半導體發光二極管的發光效率，本發明一種的氮化物半導體發光二極管及其制作方法，依次襯底， N型氮化物半導體，多量子阱，P型氮化物半導體，所述多量子阱由阱層和壘層構成的周期性結構，其特征在于：阱層采用相分離控制方法生長，阱層由至少一相分離層和一非相分離層組成，相分離層和非相分離層在空間上沿c軸有序分開，保證二者之間存在尖銳的界面，相分離層形成激子限域深勢阱和三維量子限制多量子態的量子點，抑制載流子被非輻射復合中心俘獲，非相分離層則提供電子和空穴輻射復合的勢阱，控制發光波長；利用相分離層和非相分離層的耦合作用，并給非相分離層施加量子效應和提供空穴與電子注入，提升非相分離層的量子限制和輻射復合幾率，提升發光二極管的發光效率。本發明提出新的相分離控制方法，控制系統的自由能與組分的微分相?G/?x，控制In組分在混溶隙的范圍，控制生長厚度與臨界厚度的關系，控制生長溫度與臨界溫度的關系，控制表面的粗糙度，從而可調控相分離的驅動力與襯底應力的關系，進而調控量子阱的相分離，制作具有相分離層和非相分離層構成的量子阱的阱層。