一种发光二极管外延片及发光二极管制造技术

本实用新型专利技术提供一种发光二极管外延片及发光二极管，其包括N型导通层、多量子阱和P型导通层，多量子阱的至少两个周期结构中每一个周期堆叠顺序为第一子层、第二子层和第三子层，第一子层为势阱，所述第二子层为势垒，并且所述第一子层的能级带隙Eg1、第二子层的能级带隙Eg2和第三子层的能级带隙Eg3的关系为Eg1

A Light Emitting Diode Epitaxy Sheet and Light Emitting Diode

The utility model provides a light-emitting diode epitaxy sheet and a light-emitting diode, which comprises a N-type conduction layer, a multi-quantum well and a P-type conduction layer. Each cycle stacking sequence in at least two periodic structures of a multi-quantum well is a first sublayer, a second sublayer and a third sublayer. The first sublayer is a potential well, the second sublayer is a potential barrier, and the energy band gap Eg1 and the first sublayer are energy band gaps. The relationship between the energy bandgap Eg2 of the second sublayer and the energy bandgap Eg3 of the third sublayer is Eg1.

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管外延片及发光二极管
本技术涉及半导体器件外延领域，具体涉及一种具有高能级带隙(EnergyBandgap,简称Eg)多量子阱的发光二极管。
技术介绍
发光二极管（LED，LightEmittingDiode）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。发光二极管一般包括N型半导体层、发光区和P型半导体层的外延结构。发光区域常使用多量子阱结构，多量子阱结构初始为两种不同的半导体材料薄膜相互堆叠形成电子或空穴的势阱，多量子阱的发光通过限制于阱层内的电子空穴对的辐射复合实现的。使用时，LED两端加上电压以后，载流子通过隧穿、扩散或热发射的形式进入多量子阱，注入的载流子大部分被多量子阱捕获并限制在其中，通过在阱层内辐射复合发出光，发光的波长取决于所使用的阱层材料的能级带隙。发光亮度取决于内量子效率和光提取效率，而提高内量子效率主要是通过多量子阱结构的调节，如阱深、厚度、组分和结构等。
技术实现思路
本技术提供了一种发光二极管外延片，用于发光二极管，通过在传统多量子阱的势阱和势垒两种半导体堆叠的周期结构中增加更高能级带隙的半导体层来改进周期结构的能级带隙分布，从而改善发光效率和漏电功能。本技术的技术方案为：一种发光二极管外延片，其包括N型导通层、多量子阱和P型导通层，其特征在于：多量子阱的至少两个周期结构中每一个周期堆叠顺序为第一子层、第二子层和第三子层，所述第一子层为势阱，所述第二子层为势垒，并且所述第一子层的能级带隙Eg1、第二子层的能级带隙Eg2和第三子层的能级带隙Eg3的关系为Eg1<Eg2<Eg3。优选地，所述的多量子阱包括周期性堆叠结构，包括第一子层和第二子层堆叠为至少一个周期以及上述至少堆叠顺序为第一子层、第二子层和第三子层的至少两个周期。更优选地，所述的第三子层Eg3与Eg2的差值至少为1.5eV。更优选地，所述的第三子层的厚度为30埃以下。更优选地，所述的多量子阱的总厚度为100~3000埃。更优选地，所述的第一子层的厚度为50-80埃。更优选地，所述的第二子层的厚度为150~210埃。更优选地，所述的发光二极管为氮化镓基二极管。所述的第三子层为AlwGa1-wN，0.95≤w≤1。更优选地，所述的第二子层的Eg2和第一子层的Eg1的能级带隙差值为0.25~0.30eV范围。更优选地，所述发光二极管发光波长区域为紫外，更优选地，所述的发光波长为350-370nm。更优选地，所述的第一子层的Eg1范围是3.3~3.5eV之间，第二子层的Eg2范围是3.55~3.90之间。更优选地，所述的第一子层的Eg1范围是3.3~3.4eV之间，第二子层的Eg2范围是3.59~3.7eV之间，所述的第三子层的Eg3为6.0~6.2eV之间。更优选地，所述的第一子层为InxGa1-xN（0<x<1），通过In含量调整而调整Eg1，更优选地，所述的x含量位于0~0.03之间。更优选地，所述的第二子层为InyAlzGa1-y-zN（0≤y≤1，0≤z≤1），通过In和Al含量的调整而调整Eg2。更优选地，所述的y含量位于0~0.02之间，所述的z含量位于0.06~0.12之间。更优选地，所述的第三子层为AlwGa1-wN（0≤w≤1），通过Al含量的调整而调整Eg3，所述的w含量位于0.95-1之间。更优选地，优选地，当所述的w为1时，所述的第三子层为AlN，Eg3为6.2，所述第三子层的厚度为10~15埃。更优选地，所述的多量子阱获得的发光二极管可制作为正装或倒装或垂直型或微型发光二极管。优选地，所述的多量子阱包括周期性堆叠结构，其中所有周期性堆叠结构的堆叠顺序为第一子层、第二子层和第三子层的至少两个周期堆叠而成，其中所述第一子层的能级带隙Eg1、第二子层的能级带隙Eg2和第三子层的能级带隙Eg3的关系为Eg1<Eg2<Eg3。优选地，所述多量子阱的至少一个周期性结构中，第一子层进一步由至少两种半导体材料堆叠而成，至少两种半导体材料的堆叠方式为逐渐靠近第二子层侧Eg由低到高。优选地，所述多量子阱的至少一个周期性结构中，第二子层进一步由至少两种半导体材料堆叠而成，至少两种半导体材料的堆叠方式为逐渐远离第一子层侧Eg由低到高。优选地，所述多量子阱的至少一个周期性结构中，第三子层进一步由至少两种半导体材料堆叠而成，至少两种半导体材料的堆叠方式为逐渐远离第二子层侧Eg由低到高并且都高于第二子层的Eg2，更优选地，所述第三子层的至少两种半导体材料的Eg均高于第二子层的Eg2至少1.5eV。本技术提出的所述的外延结构可广泛地适用于所有发光区域的发光二极管，所述的多量子阱结构在发光二极管中提供发光辐射，通过在传统的两层不同半导体材料组成的的阱和垒重复性周期堆叠多量子阱结构的基础上，所述的多量子阱的至少两层的在每一堆叠的垒层上多生长一带隙更高于势垒层(Eg2)的额外局限层(Eg3)，额外势垒能提供更好的局限效果，在元件操作时，处于外加偏压情形下所造成的能带倾斜，如导入第三子层Eg3与Eg2的差值至少为1.5eV，将产生一高带隙势垒的凸出(potentialbarrierspike)，藉由此一特殊能带差异设计，更能防止载流子溢流，增加辐射复合效率，提升亮度。此外，带隙高意味着更接近绝缘，控制合适的厚度Eg3层于MQW的每一层中，能够有效保证其对载流子的局限效果，同时能够阻挡逆向电流，改善老化的漏电流能力。本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。图1为本技术实施例一样品一发光二极管的结构示意图。图2a、2b为本技术实施例一样品一发光二极管的TEM图。图3是发光二极管的量子阱的X射线能谱线扫描成分轮廓分析图。图4为本技术实施例一的波长-亮度散点图。图5-8是本技术实施例二到实施例七的发光二极管的结构示意图。具体实施方式为使本技术之一种带有高能级带隙超晶格层的发光二极管更易于理解其实质性特点及其所具的实用性，下面便结合附图对本技术若干具体实施例作进一步的详细说明。但以下关于实施例的描述及说明对本技术保护范围不构成任何限制。应当理解，本技术所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，而不是旨在限制本技术。如本技术所使用的，单数形式“一”、“一种”和“所述”也旨在包括复数形式，除上下文清楚地表明之外。应进一步理解，当在本技术中使用术语“包含”、"包括"、“含有”时，用于表明陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或封装件的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、封装件、和/或它们的组合的存在或增加。除另有定义之外，本技术所使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本技术所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管外延片，其包括N型导通层、多量子阱和P型导通层，其特征在于：多量子阱的至少两个周期结构中每一个周期堆叠顺序为第一子层、第二子层和第三子层，所述第一子层为势阱，所述第二子层为势垒，并且所述第一子层的能级带隙Eg1、第二子层的能级带隙Eg2和第三子层的能级带隙Eg3的关系为Eg1

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片，其包括N型导通层、多量子阱和P型导通层，其特征在于：多量子阱的至少两个周期结构中每一个周期堆叠顺序为第一子层、第二子层和第三子层，所述第一子层为势阱，所述第二子层为势垒，并且所述第一子层的能级带隙Eg1、第二子层的能级带隙Eg2和第三子层的能级带隙Eg3的关系为Eg1<Eg2<Eg3。2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于：Eg3与Eg2的差值至少为1.5eV。3.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于：所述第三子层的厚度为30埃以下。4.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于：多量子阱的所有周期结构每一周期堆叠顺序为第一子层、第二子层和第三子层，其中所述第一子层的能级带隙Eg1、第二子层的能级带隙Eg2和第三子层的能级带隙Eg3的关系为Eg1<Eg2<Eg3。5.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于：所述多量子阱的至少一个周期结构中，第一子层进一步由至少两种半导体材料堆叠而成，至少两种半导体材料的堆叠方式为逐渐靠近第二子层侧的Eg由低到高并且都低于第二子层的Eg2。6.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于：所述多量子阱的至少一个周期结构中，第二子层进一步由至少两种半导体材料堆叠而成，至少两种半导体材料的堆叠方式为逐渐远离第一子层侧的Eg由低到高。7.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于：所述多量子阱的至少一个周期结构中，第三子层进一步由至少两种半导体材料堆叠而成，至少两种半导体材料的堆叠方式为逐渐远离第二子层侧Eg由低到高并且都高于第二子层的Eg2。8.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于：所述的多量子阱包括第一子层和第二子层堆叠的至少一个周期以及堆叠顺序为第一子层、第二子层和第三子层，其中所述第一子层的能级带隙Eg1、第二子层的能级带隙Eg2和第三子层的能级带隙Eg3的关系为Eg1<Eg2<Eg3的至少两个周期结构。9.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：林文禹，叶孟欣，罗云明，曾建尧，张中英，
申请(专利权)人：厦门三安光电有限公司，
类型：新型
国别省市：福建,35