[发明专利]InGaN基黄色发光二极管结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体照明技术领域，尤其是涉及一种InGaN基黄色发光二极管结构。

背景技术

发光二极管(LED)以其节能环保、可靠性高等显著特点得到人们广泛的关注和研究。在能源危机和环境危机日益加重的今天，众多国家和地区将LED照明技术列为国家发展战略。经过二十多年的研究和努力，LED外延生长技术、LED芯片制造技术以及LED封装技术均得到长足进步，使得LED被广泛用于显示屏、指示灯、景观照明、汽车灯、通用照明等很多领域。

目前，照明用白光LED通常采用“蓝光LED+荧光粉”的方式制成，这种形式的白光LED存在以下缺点：1、显色指数、色温和发光效率之间难以协调；2、荧光粉有限的转换效率损失了部分LED的发光效率。为此，人们提出了采用多色LED合成白光的技术方案，如将“红+黄+绿+青+蓝”五基色LED芯片封装在一起制成白光LED。这种白光LED将可望获得低色温、高显色指数、高光效的白光光源。然而，目前蓝光、红光以及青光都具有较高的电光转换效率，而绿光和黄光的电光转换效率不高，尤其是黄光。因此，用现有的五基色LED合成白光可以获得高显色指数、低色温的白光，但光效不高。InGaN和AlGaInP材料体系均可以获得黄光LED，AlGaInP材料体系随着波长从红光转变为黄光，能带由直接带隙转变为间接带隙，从物理上存在提升黄光光效的瓶颈。而InGaN材料体系则没有物理瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可使黄光多量子阱层所受的张应力得到显著弛豫、从而提升黄光内量子效率、获得高光效的InGaN基黄色发光二极管结构。

本发明的目的是这样实现的：

一种InGaN基黄色发光二极管结构，包括衬底，在衬底上设有缓冲层，在缓冲层上依次设有n型层、准备层、黄光多量子阱层和p型层，特征是：在准备层401和黄光多量子阱层501中设有向上开口的倒六角锥空洞结构701；准备层为In_xGa_(1-x)N/In_yGa_(1-y)N叠层结构，其中0.03≤x≤0.15，0≤y≤0.05，且x＞y；准备层的叠层周期数为k，In_xGa_(1-x)N层的厚度为h_x，In_yGa_(1-y)N层的厚度为h_y，其中10≤k≤100，1.5nm≤h_x≤20nm，0.5nm≤h_y≤4nm，且In_xGa_(1-x)N层的厚度h_x与In_yGa_(1-y)N层的厚度h_y的比值范围为2-5，由于In_xGa_(1-x)N/In_yGa_(1-y)N叠层结构中的In组分较高，可显著弛豫黄光量子阱中的应力；黄光多量子阱层为In_zGa_(1-z)N/In_wGa(_1-w)N周期结构，其中0.2≤z≤0.4，0≤w≤0.15；黄光多量子阱层的周期数为m，In_zGa_(1-z)N层的厚度为h_z，In_wGa_(1-w)N层的厚度为h_w，其中3≤m ≤10，2nm≤h_z≤3nm，7nm≤h_w≤20nm。

位于准备层和黄光多量子阱层位置的倒六角锥结构701在生长平面上分布密度为ρ，生长至黄光多量子阱层顶时，六角锥结构与生长平面相交成正六边形的结构，正六边形边长为L，其中1×10⁸cm^-2≤ρ≤1×10¹⁰cm^-2，50nm≤L≤200nm。生长平面为GaN材料体系的(0001)面，倒六角锥结构的六个锥面为GaN材料体系{10-11}面族的六个面。至黄光多量子阱层生长结束时，倒六角锥结构表现为倒六角锥形的空洞(如图2所示)，在生长P型层的过程中上述空洞被填平。

衬底为硅衬底(Si)、蓝宝石衬底(Al₂O₃)、碳化硅衬底(SiC)或氮化镓衬底(GaN)等单晶材料中的一种。