[发明专利]利用三维极化感应空穴气提高LED发光效率的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，可适用于蓝光、绿光、紫光和紫外光等所有GaN基LED中，是一种利用三维极化感应空穴气提高LED的发光效率的方法。

背景技术

自从1992年Nakamura等研制出第一支InGaN/GaN DH蓝光LED，在世界范围内掀起了一场研究GaN基LED的热潮。特别是1996年日本Nichia公司报道称研制成功了白光LED后，新一代照明产业革命就此拉开序幕。目前著名的LED照明公司，日本的Nichia，美国的Cree，德国的Osram，飞利浦公司等都投入大量的人力物力进行LED照明产品的研究开发和生产。据有关统计，照明消耗约占整个电力消耗的20％。而目前照明用的光源主要是白炽灯和荧光灯等。而这些光源的效率都很低，且寿命较短。白炽灯的效率只有不到5％，寿命大约是1000小时，荧光灯的效率相对高些，但是也只有25％，寿命也1000小时左右。而且作为照明光源，荧光灯所发出的白光对人的舒适度也不是最佳的。而白光LED因其寿命长，目前可达10万小时，且能源损耗很低，成为了新一代白光照明的最佳光源。据理论统计，若美国55％白炽灯及55％的日光灯被LED取代，每年节省350亿美元电费，每年减少7.55亿吨二氧化碳排放量。日本100％白炽灯换成LED，可减少1-2座核电厂发电量，每年节省10亿公升以上的原油消耗。台湾地区25％白炽灯及100％的日光灯被白光LED取代，每年节省110亿度电。显然，白光LED照明对于节约地球能源有着无法衡量的意义。近些年来氮化镓基LED的迅猛发展，白光LED效率有了很大提高，取代目前照明所用的白炽灯和荧光灯已指日可待。但是其效率相对理论值还有很大提升空间。而长久以来，限制白光LED效率提高的因素也很多。其中深受广大学者关注的一个难题就是，高空穴浓度的P型材料难以实现。主要有两个原因，一是材料本身有很高的本征背底电子浓度，一些非故意掺杂的施主杂质会对受主杂质有补偿作用。另一个原因则是受主杂质的激活能较高，如Mg原子在GaN中的激活能高达200meV，在AlN中的激活能更是高达630meV。因此高空穴浓度的p型掺杂很难实现。而且相对具有较高迁移率的电子，空穴的迁移率非常低。由于这些因素导致有源区空穴浓度较低，而电子则会过冲泄漏到p型区。这在很大程度上限制了LED发光效率的提高。而在大电流下，这种缺陷也被很多研究者认为是导致发光效率的衰减，即efficiency droop效应的原因。