[发明专利]一种氮化物半导体发光二极管及其制作方法

说明书

本发明公开一种氮化物半导体发光二极管及其制作方法，包括：N型氮化物半导体，多量子阱，P型氮化物半导体，所述多量子阱由阱层和垒层构成的周期性结构，阱层采用相分离控制方法生长，包括相分离层生长方法和非相分离层生长方法，阱层由至少一相分离层和一非相分离层组成，相分离层形成激子限域深势阱和三维量子限制多量子态的量子点，抑制载流子被非辐射复合中心俘获，并给非相分离层施加量子效应和提供空穴与电子注入，非相分离层则提供电子和空穴辐射复合的势阱，控制发光波长。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种具有相分离层和非相分离层组成量子阱的氮化物半导体发光二极管及其制作方法。

背景技术

现今，氮化物半导体发光二极管（LED），因其较高的发光效率、使用寿命长、波长连续可调、节能环保等优点，已广泛应用于室内白光照明、手机背光照明、电视背光照明、显示照明、路灯、景观灯等领域。采用量子阱结构的氮化物发光二极管通过量子限制作用，可提升有源区的电子和空穴波函数的交叠几率和复合效率。InGaN材料容易产生包括团聚、有序和分离，形成两个或多个In组分不同的InGaN相，从而产生相分离，传统的氮化物半导体发光二极管的量子阱的阱层的InGaN有的存在局部相分离，有的不存在相分离，或者相分离与非相分离状态杂乱无章地混合，使量子阱的阱层的量子效应的效果受限，甚至会降低发光效率。申请号为200510064802.X的中国专利，提出使用In_1-x-yGa_xAl_yN的阻挡层、In_1-x Ga_xN的势阱活性层和In_1-x-yGa_xAl_yN的第二导电型镀层的结构，通过控制构成组分的摩尔分数来使势阱和势垒间的晶格常数接近，减少失配应力引起晶格缺陷，从而抑制In_1-xGa_xN势阱内的相分离至最小；该专利主要利用组分、晶格匹配和应力抑制的方法来调节相分离，目的是减少晶格失配应力来降低相分离，效果为相分离最小。因此，本发明通过控制InGaN材料的生长条件，形成有序的InGaN相分离层和非相分离层，提升氮化物半导体发光二极管的量子效率。申请号为200580049629.4的中国专利，提出一种金属有机化学气相沉积（MOCVD）制备白光发光二极管，通过单重或多重In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN量子阱（QW）内覆盖氮化铟InN量子点和富铟的InGaN量子点而产生覆盖所有可见光谱的宽带发射光，可调整In释放参数，相当于制作铟组分连续且范围大的InGaN阱层，使阱层的带隙具有红、绿、蓝等波段，从而使量子阱发射不同波长400nm~750nm的光混合为白光出射，该专利的目的为在制作铟组分不同的阱层，作用为在同一个阱层发射不同波长的光而形成白光。

为了解决相分离和非相分离控制问题，有必要提出一种新的氮化物半导体发光二极管及其制作方法，利用相分离效应提升量子效率和发光效率。

发明内容

为了利用相分离和非相分离的特性提升氮化物半导体发光二极管的发光效率，本发明一种的氮化物半导体发光二极管及其制作方法，依次衬底， N型氮化物半导体，多量子阱，P型氮化物半导体，所述多量子阱由阱层和垒层构成的周期性结构，其特征在于：阱层采用相分离控制方法生长，阱层由至少一相分离层和一非相分离层组成，相分离层和非相分离层在空间上沿c轴有序分开，保证二者之间存在尖锐的界面，相分离层形成激子限域深势阱和三维量子限制多量子态的量子点，抑制载流子被非辐射复合中心俘获，非相分离层则提供电子和空穴辐射复合的势阱，控制发光波长；利用相分离层和非相分离层的耦合作用，并给非相分离层施加量子效应和提供空穴与电子注入，提升非相分离层的量子限制和辐射复合几率，提升发光二极管的发光效率。本发明提出新的相分离控制方法，控制系统的自由能与组分的微分相∂G/∂x，控制In组分在混溶隙的范围，控制生长厚度与临界厚度的关系，控制生长温度与临界温度的关系，控制表面的粗糙度，从而可调控相分离的驱动力与衬底应力的关系，进而调控量子阱的相分离，制作具有相分离层和非相分离层构成的量子阱的阱层。