[实用新型]半极性氮化镓单量子阱层发光器件

说明书

本公开涉及一种半极性氮化镓单量子阱层发光器件，其包括：N型氮化镓层；P型氮化镓层；以及单量子阱激活层，位于N型氮化镓层和P型氮化镓层之间，所述单量子阱材料为In_xGa_yN_1‑x‑y，其中沿着从N型氮化镓层到P型氮化镓层的厚度方向，所述单量子阱激活层单量子阱材料为In_xGa_yN_1‑x‑y中的x逐渐增大。

技术领域

本公开涉及半导体照明领域，尤其涉及一种半极性氮化镓单量子阱层发光器件。

背景技术

美国的加州大学圣芭芭拉分校和日本的SONY、SUMITOMO等一些氮化镓(GaN)的研究机构和公司成功地在一些特殊的GaN半极性晶面上制备了高功率、高效率的蓝、绿光发光二极管和激光二极管等。氮化镓发光二级管是目前较成熟的一类半导体发光二级管，常见的氮化镓基发光二极管结构为在衬底上依次淀积缓冲层、不掺杂的氮化镓层、N型导电的氮化镓层、多层量子阱(MQW)层、P型导电的氮化铝镓层。

在LED发光器件中，绿光LED是组成高效RGB白光的主要器件之一，但是目前绿光LED的发光效率远低于蓝光LED以及红光LED。要提高绿光 LED的发光效率，就需要弄清楚LED激活层的发光机理。高效率的蓝绿光 LED通常采用多量子阱(MQW)激活层结构，多量子阱(MQW)激活层结构发出的光是混合了多个量子阱同时发光的结果。因此，人们不容易获得单纯的绿光或蓝光的发光机理，从而无法准确了解并针对性提高单色LED器件的发光效率。现有技术中单量子阱的LED外延层结构中单量子阱层(SQW层) 中的InGaN层中In的掺杂量保持恒定不变。此时，采用这种单量子阱层的外延片构成的半极性(2021)的氮化镓LED芯片的激活层中空穴和电子能能带图.图1所示的是现有的半极性氮化镓单量子阱层发光器件的在每平方厘米 100A的电流密度下的电子和空穴的波函数图和带隙图。如图1所示，导带①的电子波函数的中心轴⑤和价带④上的空穴波函数的中心轴⑥并不重合。通常，在半极性(2021)的氮化镓LED芯片中，如果两者的中心轴越靠近，则波函数的重合度越高，内量子效率(IQE)越高。而目前单量子阱层的半极性 (2021)的氮化镓LED芯片的重合度多小于60％。因此，人们期望获得一种能够在单量子阱层的半极性(2021)的氮化镓LED芯片中能够提高波函数的重合度，从而提高内量子效率(IQE)的单量子阱层结构的氮化镓LED芯片。

此外，采用单量子阱的发光层是一种较好的选择。但是氮化镓半导体构成的器件具有分层结构，量子阱层数小于三层的情况下，其耗尽区要比多量子阱层的耗尽层短很多，因此，其抗静电电压方面比较较差，并且其发光强度受到量子阱层数量的限制。即使比人能够感受到的电压低得多的100V静电电压，也可能轻易地损坏氮化镓半导体构件。作为发光层的激活层层数小于等于三层时，这种损坏结果更严重，作为其量子阱层小于或等于三层的的激活层的LED器件，其抗ESD的最高电压不超过500V。因此，氮化镓基发光二极管在制备LED环境中存在的静电和操作者身上带的静电都有可能对器件造成永久的损坏，例如，在将它取出抗静电的袋子，以及将它装配到产品中的情况下，实质上存在损坏器件特性的风险。尽管可以通过提高外延材料的结晶质量可以增强芯片的ESD特性，但是在氮化镓半导体结晶质量提升方面已经很难有更好的提升。而LED在封装和应用过程中瞬间大量静电电荷流过的现象经常发生，易造成LED无法点亮、漏电增加、电压变化、光输出降低等问题，严重影响LED的使用。因此，期望在现有结晶技术条件下改进氮化镓半导体构件的ESD特性，以减低上述风险，从而提高氮化镓半导体构件的可靠性，尤其是半极性氮化镓单量子阱层发光器件。尤其是，人们期望获得一种抗静电电压超过500V以至更高的量子阱层数小于三层甚至单量子阱 (SQW)的LED构件。

因此，研究人员或用户期望获得一种高效发光的半极性氮化镓单量子阱层发光器件，其能降低带隙能从而提高单量子阱激活层的波函数重叠度，改善LED的性能。

发明内容