[发明专利]具有多层势垒结构的氮化镓基发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓基发光二极管，更具体地是涉及一种于活性层形成一种兼具极化匹配与高能障多层势垒结构的氮化物发光二极管。

背景技术

随着功率型氮化镓基发光二极管的效率不断提升，用氮化镓基发光二极管半导体灯替代现有的照明光源将成为势不可挡的趋势。然而半导体照明要进入千家万户，还有许多问题需要解决，其中最核心的就是发光亮度与发光效率。

白光发光二极管要取代现阶段照明市场，发光效率至少要达到100lm/W以上，且需克服氮化物发光二极管在大电流下所造成发光效率骤降的效应(Droop Effect)。传统氮化镓基发光二级管的活性层公知结构中，势垒层通常是由氮化镓(GaN)材料所构成，阱层通常是由氮化铟镓(InGaN)材料所构成。氮化镓和氮化铟镓材料的晶格常数的不匹配常会造成明显的极化效应(Polarization effect)，造成在大电流操作下发光效率迅速下降，此现象称之骤降效应(Droop Effect)。

目前最广泛采用的解决方法是透过器件表面电极的设计改善或类似采用Osram UX3的制作工艺，减少电流拥挤现象（Current Crowding），降低部分区域电流密度过大的状况产生。此方法虽有效改善氮化物发光二极管大电流操作下发光效率的骤降效应，但是，这些芯片的制作工艺比公知的氮化物发光二极管的制作工艺复杂许多，且不是从材料本质上解决这个问题。

发明内容

本发明提出一种氮化物发光二极管的结构，可以实际从材料本质上解决前述相关技术中的限制及缺点。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：具有多层势垒结构的氮化镓基发光二极管，包含：衬底；由氮化物半导体分别形成的n侧层和p侧层，位于衬底之上；在n侧层和p侧层之间具有由氮化物半导体构成的活性层；活性层由阱层、多层势垒结构层依次层叠构成，多层势垒结构层由一第一氮化铝铟镓薄层和一第二氮化铝铟镓薄层交互重复堆叠形成。

 所述多层势垒结构层是由第一氮化铝铟镓薄层和第二氮化铝铟镓薄层交互重复堆叠所形成的超晶格结构，其重复次数至少为二次。

所述第一氮化铝铟镓薄层为Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N所构成, 0<x1<1, 0<y1<1，x1+y1<1，第二氮化铝铟镓薄层为能Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N所构成, 0≤x2<1, 0<y2<1，x2+y2<1，其中x1≠x2，y1≠y2。

所述多层势垒结构层的厚度小于或等于600埃。

所述第一氮化铝铟镓薄层的厚度为5～50埃，其n型掺杂浓度小于5×10¹⁸cm^-3。本发明选择第一氮化铝铟镓Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N薄层膜厚10埃～30埃，0.1<x1<0.45，0.2 <y1<0.4，x1+y1<1。

所述第二氮化铝铟镓薄层的厚度为5～50埃，其n型掺杂浓度小于5×10¹⁸cm^-3。本发明优先选择第二氮化铝铟镓Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N薄层膜厚10埃～30埃，0<x2<0.2，0.05<y2<0.4，x2+y2<1。

所述第一氮化铝铟镓薄层，其Al、In、Ga组分是固定或变化的。

所述第二氮化铝铟镓薄层，其Al、In、Ga组分是固定或变化的。

在本发明中，活性层的势垒层是借由调整第一氮化铝铟镓薄层与第二氮化铝铟镓薄层中的Al、In组分、薄层厚度与重复次数形成超晶格结构，使其晶格与阱层匹配，避免了一般氮化物活性层中阱层与势垒层因晶格不匹配所造成的极化效应，因此可使氮化物发光二极管在大电流操作下，其发光效率的骤降效应获得明显的改善，进而提高氮化物发光二极管的发光效率。

进一步地，利用第一氮化铝铟镓薄层和第二氮化铝铟镓薄层交互重复堆叠所形成的极化匹配与高能障多层势垒结构层，使其与阱层(氮化铟镓材料)的晶格匹配，而无显着的极化效应，因此在不同大小的电流操作下，无明显的蓝移或红移的现象。