[發(fā)明專利]一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光二極管

有效

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• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109755362B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧偉
• 申請（專利權(quán)）人: 江西兆馳半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/10;H01L33/32
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本發(fā)明公開了一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光二極管，包括襯底，以及依次位于襯底上的緩沖層、非摻雜氮化物層、n型氮化物層、有源層、電子阻擋層和p型氮化物層；其中：所述有源層是由若干個(gè)阱層和壘層交替堆疊而形成的多量子阱結(jié)構(gòu)，所述若干個(gè)為大于2的正整數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：通過將氮化物發(fā)光二極管有源層的壘層依照不同Si摻雜濃度，分為第一壘層、第二壘層和第三壘層，在第一壘層使用較低的Si摻雜以得到低的晶體表面粗糙度，實(shí)現(xiàn)對阱層的平整覆蓋，在第二壘層使用適中的Si摻雜以兼具高晶體質(zhì)量和低電阻值，而在第三壘層使用較高的Si摻雜以得到較多的應(yīng)力釋放，實(shí)現(xiàn)氮化物發(fā)光二極管的低操作電壓和高發(fā)光效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光二極管。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管(LED)作為一種高光效、高可靠性的固態(tài)照明元件，已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)的照明光源而成為市場的主流。目前LED照明的白光來源主要是使用藍(lán)光氮化物發(fā)光二極管激發(fā)黃色熒光粉進(jìn)行混光，而氮化物發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)一般是在外延襯底上，依次制備緩沖層、非摻雜氮化物層、n型氮化物層、有源層、電子阻擋層和p型氮化物層，其中有源層是多量子阱結(jié)構(gòu)，常見是由若干個(gè)銦鎵氮的阱層和氮化鎵的壘層交替堆疊而形成，有源層通過此結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對電子和空穴的局限，提高有源層中電子和空穴的復(fù)合效率。

對于銦鎵氮阱層的外延生長而言，由于銦原子的并入能力與溫度呈明顯相關(guān)性，即銦鎵氮中的銦組分濃度隨生長溫度的升高而降低，因此銦鎵氮阱層通常是在相對低溫下生長而得(如藍(lán)光氮化物發(fā)光二極管的銦鎵氮阱層的生長溫度約為810℃左右)，在此相對低溫條件下生長的銦鎵氮阱層的晶體質(zhì)量較差且晶體表面粗糙度較大，而在相對高溫下生長的壘層(如藍(lán)光氮化物發(fā)光二極管的氮化鎵壘層的生長溫度約為900℃左右)可在有源層中起到平整覆蓋銦鎵氮阱層，以及提高有源層的晶體質(zhì)量的作用。

現(xiàn)行氮化物發(fā)光二極管中的氮化鎵壘層會使用硅(Si)摻雜來降低其電阻值，使氮化物發(fā)光二極管的操作電壓下降。然而氮化鎵壘層的Si摻雜較多，會使氮化鎵壘層的晶體質(zhì)量下降和應(yīng)力釋放增加，而應(yīng)力釋放增加的氮化鎵壘層可使其相鄰的銦鎵氮阱層受到較小的壓電極化效應(yīng)，進(jìn)而在銦鎵氮阱層得到較好的電子、空穴復(fù)合效率。氮化鎵壘層中的Si摻雜濃度除了會影響氮化鎵壘層的表面粗糙度和晶體質(zhì)量外，還會影響氮化鎵壘層的電阻值和應(yīng)力狀況，因此在氮化鎵壘層生長時(shí)Si摻雜濃度的選擇和調(diào)控對氮化物發(fā)光二極管的操作電壓和發(fā)光效率十分重要。

發(fā)明內(nèi)容

(一)解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光二極管，解決了現(xiàn)有技術(shù)中，由于阱層的生長溫度偏低，導(dǎo)致有源層的晶體質(zhì)量較差，造成氮化物發(fā)光二極管的發(fā)光效率下降的問題。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供了一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光二極管，在氮化物發(fā)光二極管中，有源層的壘層在不同生長階段選擇不同的Si摻雜濃度，以兼顧壘層對阱層的平整覆蓋和應(yīng)力釋放、以及壘層的高晶體質(zhì)量和低電阻值，從而實(shí)現(xiàn)低操作電壓、高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光二極管。

為實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光二極管，包括襯底，以及依次位于襯底上的緩沖層、非摻雜氮化物層、n型氮化物層、有源層、電子阻擋層和p型氮化物層；其中：所述有源層是由若干個(gè)阱層和壘層交替堆疊而形成的多量子阱結(jié)構(gòu)，所述若干個(gè)為大于2的正整數(shù)，所述壘層由第一壘層、第二壘層和第三壘層組成，所述第一壘層的厚度為0.5～3nm、Si摻雜濃度為小于1E17 cm^-3，所述第二壘層的厚度為3～14nm、Si摻雜濃度為介于1E17～1E18 cm^-3，所述第三壘層的厚度為0.5～3nm、Si摻雜濃度為大于1E18 cm^-3。

其中：所述緩沖層的組分為In_aAl_bGa_1-a-bN，其中0≤a≤0.2,0≤b≤1,0≤a+b≤1，厚度為5～100nm。