一种适用于大电流驱动的氮化物LED外延结构制造技术

一种适用于大电流驱动的氮化物LED外延结构，涉及LED光电子器件的制造技术领域。本发明专利技术结构从衬底开始自下而上依次包括：n型化合物半导体、有源区和p型化合物半导体三部分。其结构特点是，所述有源区是由m个量子阱和m+1个量子垒交替堆叠而成，其中，m为任意自然数，量子垒的最大禁带宽度大于相邻量子阱的最大禁带宽度，不同量子垒的最大禁带宽度或膜层厚度呈现渐变方式分布。同现有技术相比，本发明专利技术能减小或者消除氮化物LED在大电流驱动条件下的“能效降低”问题，提高器件的量子效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种适用于大电流驱动的氮化物LED外延结构，涉及LED光电子器件的制造
。本专利技术结构从衬底开始自下而上依次包括：n型化合物半导体、有源区和p型化合物半导体三部分。其结构特点是，所述有源区是由m个量子阱和m+1个量子垒交替堆叠而成，其中，m为任意自然数，量子垒的最大禁带宽度大于相邻量子阱的最大禁带宽度，不同量子垒的最大禁带宽度或膜层厚度呈现渐变方式分布。同现有技术相比，本专利技术能减小或者消除氮化物LED在大电流驱动条件下的“能效降低”问题，提高器件的量子效率。【专利说明】—种适用于大电流驱动的氮化物LED外延结构
本专利技术涉及LED光电子器件的制造
，特别是适合大电流驱动的氮化物LED外延生长结构。
技术介绍
基于氮化物AlxInyGa1^yN (O ^ x, y ^ I ；x+y ( I ;纤锌矿晶体结构)半导体材料的发光二极管LED以其节能、环保、长寿命等优点逐渐在电子显示屏、景观照明、矿灯、路灯、液晶显示器背光源、普通照明、生物医药等领域展开广泛应用。由于氮化物AlxInyGanyN(O ^ x,y ^ I ；x+y ( I)半导体的宽禁带宽度大约处于1.9~6.2 eV区间范围，恰好覆盖从黄绿光到紫外光的光谱能量范围。通过控制氮化物合金的阳离子组分可以准确地制定LED器件的发射波长。另一方面，由于上述具有纤锌矿晶体结构的氮化物LED属直接带隙跃迁发光，因而其发光效率较高。对于适合普通照明应用的氮化物白光LED而言，目前全球业界产品的发光效率通常在60~150 lm/ff不等。尽管现在白光LED在发光效率方面已经达到或超过荧光灯，但其数值仍仅为理论发光效率(约300 lm/W)的一半左右。造成白光LED发光效率不足的原因是多方面的。其中，“能效降低”问题是最重要的原因之一。所谓“能效降低”是指氮化物LED器件随驱动电流的增大，量子效率呈现逐渐降低的现象。以InGaN/GaN多量子阱为有源区的LED外延结构制造的30*34mil尺寸的正装芯片为例，其量子效率在2~5A/cm2电流密度区间达到最大值，之后效率便随着电流的增大而降低。待电流密度达到53A/cm2 (即350mA)的正常驱动条件时，器件的量子效率却相对最大值降低约10~20%。由此可见，“能效降低”问题严重制约了氮化物LED器件在大功率、大电流驱动条件下的应用。对于“能效降低”现象产生的物理机理，一般认为源于以下几个原因:⑴极化效应引起的内建静电场。 由于具有纤锌矿晶体结构的氮化物在晶面方向具有自发极化效应，同时由于晶体应变产生的压电极化效应将与前者共同作用在产生内建静电场。LED器件的多量子阱有源区将在内建静电场的作用下发生量子局限斯塔克效应(QCSE)，能带带边将会发生弯曲现象。发生能带弯曲的量子阱将降低电子和空穴波函数的重合几率，进而降低量子效率。⑵晶体缺陷和漏电现象。氮化物晶体存在较高密度的晶体缺陷是一个普遍存在的问题，它既是漏电流输运/传导的物理路径，又造成了非辐射跃迁中心的存在。而漏电是从量子阱有源区中“逃逸”出的未参加有效复合的电子，因此它的强度越大，对量子效率的不利影响就越大。此外，器件的漏电强度越大，其可靠性越低。⑶俄歇复合。⑷载流子浓度与复合分布不均匀。在通常的“周期循环式”多量子阱有源区中，由于电子和空穴的空间浓度分布不均，以及它们在迁移速率方面的较大差异，导致辐射复合主要出现在靠近P型半导体的最后几个量子阱，且在最后一个量子阱的复合几率最大。这样的不均匀复合强度分布状况对大电流驱动下的器件而言将限制其复合区域的空间体积大小，同样也会对量子效率产生不利影响。现有技术中，对于上述“能效降低”现象还没有十分有效的解决办法。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种适用于大电流驱动的氮化物LED外延结构。它能减小或者消除氮化物LED在大电流驱动条件下的“能效降低”问题，提高器件的量子效率。为达到上述目的，本专利技术的技术方案以如下方式实现: 一种适合大电流驱动的氮化物LED外延结构，它从衬底开始自下而上依次包括:n型化合物半导体、有源区和P型化合物半导体三部分。η型化合物半导体包括缓冲层、非掺杂层、η型电子注入物层，P型化合物半导体包括P型电子阻挡层和P型空穴注入层，η型化合物半导体、有源区和P型化合物半导体三部分的组成材料均为氮化物AlxInyGanN (O ( X，y ( I ；x+y ( D，且各部分由一层或者若干层不同组分的AlxInyGa1TyN (O ^ x, y ^ I ；x+y ^ D构成；其结构特点是，所述有源区是由m个量子阱和m+1个量子垒交替堆叠而成，其中，m为任意自然数，量子垒的最大禁带宽度大于相邻量子阱的最大禁带宽度，不同量子垒的最大禁带宽度或膜层厚度呈现渐变方式分布。在上述氮化物LED外延结构中，所述m+1个量子垒的最大禁带宽度按照自下而上的方向呈现逐渐增大或者先减小再增大的渐变方式分布，且其中至少存在A (A为非负整数，A < m)个最大禁带宽度保持不变的量子垒。在上述氮化物LED外延结构中，所述m+1个量子垒的膜层厚度按照自下而上的方向呈现逐渐增大或者先减小再增大的渐变方式分布，且其中至少存在B (B为非负整数，B^m)个膜层厚度保持不变的量子垒。在上述氮化物LE 、 D外延结构中，所述量子垒和量子阱的禁带宽度都通过调节氮化物AlxInyGa1IyN (O≤x, y≤I ；x+y ( I)的化学组分实现。本专利技术由于采用了上述结构，其优点如下: 首先，在本专利技术氮化物LED外延结构中，量子垒的最大禁带宽度呈现逐渐增大或者先减小再增大的渐变方式分布可以增加空穴的注入效率，同时也增加了电子注入到有源区的效率。相比现有技术中具有“周期循环式”多量子阱有源区的氮化物LED外延结构，本专利技术所述的外延结构改进了载流子浓度或复合强度空间分布不均匀的缺点。第二，本专利技术中采用量子垒的最大禁带宽呈现逐渐增大或者先减小再增大的渐变方式分布的外延结构可以降低量子垒与量子阱交接界面处的晶格常数和热传导系数的失配，提高有源区的外延晶体质量。进而降低漏电，提高LED内量子效率和抗静电击穿性能坐寸ο第三，采用量子垒的最大禁带宽度呈现逐渐增大或者先减小再增大的渐变方式分布的外延结构还可以减少量子垒与量子阱界面结合处的极化静电荷积累，降低LED器件的内建极化电场强度。这将有效地削弱量子局限斯塔克(QCSE )效应对量子效率和发射波长稳定性的不利影响，进而部分或完全克服LED器件在大电流驱动条件下的“能效降低”问题。第四，采用量子垒的膜层厚度呈现逐渐增大或者先减小再增大的渐变方式分布的外延结构可以增加载流子的隧穿效应强度，改善载流子空间浓度或复合强度分布不均匀特点，从而提高载流子复合强度。综上所述，采用本专利技术所述的量子垒渐变的氮化物LED外延结构可以增加氮化物LED器件的量子效率，特别是在大电流工作条件下的内量子效率。同时，它能有效地克服采用常规“周期循环式”多量子阱有源区外延结构LED在大电流工作条件下的“能效降低”问题。此外，该结构还能提高器件工作的可靠性和稳定性。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。【专利附图】【附图说明】 图1为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于大电流驱动的氮化物LED外延结构，它从衬底开始自下而上依次包括：n型化合物半导体、有源区和p型化合物半导体三部分；n型化合物半导体包括缓冲层、非掺杂层、n型电子注入物层，p型化合物半导体包括p型电子阻挡层和p型空穴注入层，n型化合物半导体、有源区和p型化合物半导体三部分的组成材料均为氮化物AlxInyGa1‑x‑yN (0≤x，y≤1；x+y≤1)，且各部分由一层或者若干层不同组分的AlxInyGa1‑x‑yN (0≤x，y≤1；x+y≤1)构成；其特征在于，所述有源区是由m个量子阱和m+1个量子垒交替堆叠而成，其中，m为任意自然数，量子垒的最大禁带宽度大于相邻量子阱的最大禁带宽度，不同量子垒的最大禁带宽度或膜层厚度呈现渐变方式分布。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马亮，梁信伟，
申请(专利权)人：同方光电科技有限公司，同方股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11