[發明專利]半極性氮化鎵單量子阱層發光器件及其制造方法

在審

• 申請號: 201811472354.0
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109390443A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 陳辰;宋杰;崔周源
• 申請（專利權）人: 西安賽富樂斯半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/32;H01L33/02;H01L33/00
• 代理公司: 北京金訊知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11554
• 代理人: 黃劍飛

本公開涉及一種半極性氮化鎵單量子阱層發光器件，其包括：N型氮化鎵層；P型氮化鎵層；以及單量子阱激活層，位于N型氮化鎵層和P型氮化鎵層之間，所述單量子阱材料為In_xGa_yN_1?x?y，其中沿著從N型氮化鎵層到P型氮化鎵層的厚度方向，所述單量子阱激活層單量子阱材料為In_xGa_yN_1?x?y中的x逐漸增大。

技術領域

本公開涉及半導體照明領域，尤其涉及一種半極性氮化鎵單量子阱層發光器件及其制造方法。

背景技術

美國的加州大學圣芭芭拉分校和日本的SONY、SUMITOMO等一些氮化鎵(GaN)的研究機構和公司成功地在一些特殊的GaN半極性晶面上制備了高功率、高效率的藍、綠光發光二極管和激光二極管等。氮化鎵發光二級管是目前較成熟的一類半導體發光二級管，常見的氮化鎵基發光二極管結構為在襯底上依次淀積緩沖層、不摻雜的氮化鎵層、N型導電的氮化鎵層、多層量子阱(MQW)層、P型導電的氮化鋁鎵層。

在LED發光器件中，綠光LED是組成高效RGB白光的主要器件之一，但是目前綠光LED的發光效率遠低于藍光LED以及紅光LED。要提高綠光LED的發光效率，就需要弄清楚LED激活層的發光機理。高效率的藍綠光LED通常采用多量子阱(MQW)激活層結構，多量子阱(MQW)激活層結構發出的光是混合了多個量子阱同時發光的結果。因此，人們不容易獲得單純的綠光或藍光的發光機理，從而無法準確了解并針對性提高單色LED器件的發光效率。現有技術中單量子阱的LED外延層結構中單量子阱層(SQW層)中的InGaN層中In的摻雜量保持恒定不變。此時，采用這種單量子阱層的外延片構成的半極性(2021)的氮化鎵LED芯片的激活層中空穴和電子能能帶圖.圖1所示的是現有的半極性氮化鎵單量子阱層發光器件的在每平方厘米100A的電流密度下的電子和空穴的波函數圖和帶隙圖。如圖1所示，導帶①的電子波函數的中心軸⑤和價帶④上的空穴波函數的中心軸⑥并不重合。通常，在半極性(2021)的氮化鎵LED芯片中，如果兩者的中心軸越靠近，則波函數的重合度越高，內量子效率(IQE)越高。而目前單量子阱層的半極性(2021)的氮化鎵LED芯片的重合度多小于60％。因此，人們期望獲得一種能夠在單量子阱層的半極性(2021)的氮化鎵LED芯片中能夠提高波函數的重合度，從而提高內量子效率(IQE)的單量子阱層結構的氮化鎵LED芯片。

此外，采用單量子阱的發光層是一種較好的選擇。但是氮化鎵半導體構成的器件具有分層結構，量子阱層數小于三層的情況下，其耗盡區要比多量子阱層的耗盡層短很多，因此，其抗靜電電壓方面比較較差，并且其發光強度受到量子阱層數量的限制。即使比人能夠感受到的電壓低得多的100V靜電電壓，也可能輕易地損壞氮化鎵半導體構件。作為發光層的激活層層數小于等于三層時，這種損壞結果更嚴重，作為其量子阱層小于或等于三層的的激活層的LED器件，其抗ESD的最高電壓不超過500V。因此，氮化鎵基發光二極管在制備LED環境中存在的靜電和操作者身上帶的靜電都有可能對器件造成永久的損壞，例如，在將它取出抗靜電的袋子，以及將它裝配到產品中的情況下，實質上存在損壞器件特性的風險。盡管可以通過提高外延材料的結晶質量可以增強芯片的ESD特性，但是在氮化鎵半導體結晶質量提升方面已經很難有更好的提升。而LED在封裝和應用過程中瞬間大量靜電電荷流過的現象經常發生，易造成LED無法點亮、漏電增加、電壓變化、光輸出降低等問題，嚴重影響LED的使用。因此，期望在現有結晶技術條件下改進氮化鎵半導體構件的ESD特性，以減低上述風險，從而提高氮化鎵半導體構件的可靠性，尤其是半極性氮化鎵單量子阱層發光器件。尤其是，人們期望獲得一種抗靜電電壓超過500V以至更高的量子阱層數小于三層甚至單量子阱(SQW)的LED構件。

因此，研究人員或用戶期望獲得一種高效發光的半極性氮化鎵單量子阱層發光器件，其能降低帶隙能從而提高單量子阱激活層的波函數重疊度，改善LED的性能。