[发明专利]一种具有增强出光p型层的氮化物半导体发光二极管

说明书

本发明公开了一种具有增强出光p型层的氮化物半导体发光二极管，依次包括基板，设置于基板之上的n型层，产生六棱锥凹坑构造的准备层，含有六棱锥凹坑的单量子阱或多量子阱结构的发光层和p型层。所述p型层完全填充产生于准备层并贯穿发光层的六棱锥凹坑，同时高于发光层平面之上的厚度介于0nm‑‑30nm之间。此结构既能实现空穴经由六棱锥凹坑侧壁高效率地注入至发光层，同时可有效减少p型层对发光层发出的光的吸收，并减少p型层侧面的出光，从而提升氮化物发光二极管的电光转换效率和正面出光比例。

技术领域

本发明涉及氮化物半导体发光器件，尤其是涉及一种具有增强出光p型层的氮化物半导体发光二极管。

背景技术

近年来，随着装备、材料生长和芯片制造工艺的进步，III族氮化物半导体发光器件的效率获到了极大提升，可制造出发光波长覆盖从黄光、绿光、蓝光到紫外区间的宽波长范围的器件。得益于III族氮化物半导体蓝色发光二极管(LED)的高效率特性，基于蓝光LED添加黄色荧光粉转换的白光LED已成为通用照明主流方案；InGaN基黄光LED效率也已达到27%，基于此开发的光品质高和光生物安全性好的纯LED金黄光照明产品，已进入高端照明市场。

III族氮化物发光二极管虽然在通用照明领域取得了巨大成功，但仍存在p型氮化物半导体材料空穴浓度低的问题。为了提供足够高的空穴浓度和保证器件的电流扩展特性，III族氮化物发光二极管的P型层的厚度通常大于100nm。厚p型层对高性能的微LED和紫外LED的开发带来了巨大挑战和困难。

微LED(Micro-LED)为尺寸小于100μm的发光二极管，应用于显示领域，具有响应时间短、光效高、色彩饱和度高、寿命长等优点，是下一代显示技术的首选方案。为了抑制Micro-LED侧面出光导致的光损失和相邻像素间的光串扰现象，增加正面出光比例，需要尽可能地减薄器件厚度。

紫外LED在消毒杀菌领域有着巨大市场应用，但由于高Al组分AlGaN材料的Mg激活能较高，难以获得高浓度的空穴载流子，因此，紫外LED的p型层仍普遍采用GaN:Mg或相对低Al组分的AlGaN:Mg材料。但是，此p型层材料的禁带宽度小于发光层材料的禁带宽度，对器件发出的光具有强吸收作用，导致光输出效率严重下降。

因此，虽然现有的LED制造方法在部分领域已基本实现预期目标，但仍存在不足的方面。需要继续对氮化物发光二极管器件的p型层的结构进行改善，以及用于制造薄p型层方法的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有增强出光p型层的氮化物半导体发光二极管，可减少p型层对发光层发出的光的吸收和p型层侧面的出光，从而提升氮化物发光二极管的效率和性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种具有增强出光p型层的氮化物半导体发光二极管，特征是：依次包括基板，设置于基板之上的n型层，产生六棱锥凹坑构造的准备层，均含有六棱锥凹坑的单量子阱或多量子阱构造的发光层和p型层。

所述p型层完全填充产生于准备层并贯穿发光层的六棱锥凹坑，同时高于发光层平面区域之上的厚度介于0nm--30nm之间。

进一步，所述p型层由Al_xIn_yGa_zN单层或多层材料组成，其中0≤x，y，z≤1 且x+y+z=1。

进一步，所述p型层掺入Mg元素，浓度为1×10¹⁹/㎝³及以上。

进一步，所述量子阱的发光波长范围为200nm--700nm之间。

进一步，所述六棱锥凹坑的顶部面积占发光层总面积的15%--65%。

进一步，所述基板为Si基板、SOI基板、Al₂O₃基板、SiC基板或GaN基板中的一种。