CN103236478B - 一种高亮度碳化硅外延发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高亮度碳化硅外延发光二极管，自下往上依次为n型电极（11）、硅衬底（1）、碳化硅外延层（2）、低温缓冲层（3）、n型掺杂的Al0.05In0.05Ga0.9N层（4）、交替形成的超晶格结构的n-Al0.05In0.05Ga0.9N/n-AI0.05In0.05Ga0.9P多量子阱层（5）、p型掺杂的AlGaN层（6）、p型掺杂的Al0.1In0.05Ga0.85N层（7）、交替形成的超晶格结构的p-Al0.05In0.1Ga0.85N/p-AI0.05In0.1Ga0.85P多量子阱层（8），透明金属层（9）以及p型电极（10）。

Description

一种高亮度碳化硅外延发光二极管
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种高亮度碳化硅外延发光二极管。
背景技术
半导体发光二极管应用日益广泛，特别是在照明方面有取代白炽灯和荧光灯的趋势，但是目前还面临一些技术上的问题，特别是光取出效率比较低。这导致了发光二极管的亮度不足等缺陷。
近年来，为了提高发光二极管的亮度，发展了垂直结构的发光二极管，相对于正装结构的发光二极管来说，垂直结构的发光二极管诸多优点。垂直结构发光二极管的两个电极分别处于发光二极管的两侧，电流几乎全部垂直流过外延层，没有横向流动的电流，因此电流分布均匀，产生的热量相对较少。并且由于垂直结构的两个电极处于两侧，因此出光过程中不会受到同侧电极的阻挡，其出光效率更高。
现在较为常见的发光二极管是在蓝宝石衬底上依次形成GaN缓冲层、n型掺杂的GaN层、InGaN/GaN多量子阱、p型掺杂的AlGaN层和p型掺杂的GaN层、n型欧姆接触层，在衬底下具有p型欧姆接触层，这种结构存在以下明显缺点：由于纤锌矿结构的GaN总是沿着[0001]或者[000-1]方向垂直于衬底生长，而这两个方向恰恰是极性轴方向，因此GaN基材料会表现出强烈的晶格极化，这导致InGaN/GaN多量子阱区强烈的极化效应。而且，面对日益小型化的电子设备而言，现有的这种结构的发光二极管的发热量日益无法满足小型化电子设备的需求。
与一般的二极管相比，碳化硅(SiC)基二极管的优势在于让设计工程师可以考虑降低电源二极管的最大额定电流，使用尺寸更小的二极管，而不会降低可用功率。在通常配有散热器的大功率电源产品中，新二极管可以使这些器件更小，电源供应更紧凑，功率密度变得更高，可以提高开关频率，使其它元器件如滤波电容和电感变得更小，成本更低廉，功耗更低。碳化硅(SiC)技术之所以能够提供这些优点，是因为在正常导通期间，碳化硅二极管不会累积反向恢复电荷。当一个传统的双极硅二极管关断时，必须在二极管结附近的电荷载流子群之间进行重新整合，以驱散累积的反向恢复电荷。在重新整合期间出现的电流叫做反向恢复电流。当与相关的半导体电源开关上的电压结合时，这个不需要的电流会产生热量，从开关上排散出去。通过消除反向恢复电荷，碳化硅二极管在电路板的功耗比传统二极管低很多，这有助于提高电路板的能效，降低散热量。因而SiC二极管的适用温度范围就会更广。
发明内容
本发明针对现有技术的问题，提出了一种量子阱材料交替变化的发光二极管结构，通过这种量子阱材料交替变化的结构，增强了对电子和空穴的限制作用，有效提高了发光二极管的发光效率，从而有效提高发光二极管的亮度，并且考虑到电子设备的小型化，本发明还在提高亮度的基础上，考虑到采用碳化硅作为二极管的外延衬底，从而降低发光二极管的功耗，减少其发热量。
首先对本发明所采用的“上”、“下”进行定义，在本发明中，通过参照附图，本发明所述的“上”为附图中面向附图时垂直向上的方向。本发明所述的“下”为附图中面向附图时垂直向下的方向。
本发明提出的发光二极管结构为：自下往上依次为n型电极、硅衬底、碳化硅外延层、低温缓冲层、n型掺杂的Al0.05In0.05Ga0.9N层、交替形成的超晶格结构的n-Al0.05In0.05Ga0.9N/n-Al0.05In0.05Ga0.9P多量子阱层、p型掺杂的AlGaN层、p型掺杂的Al0.1In0.05Ga0.85N层、交替形成的超晶格结构的p-Al0.05In0.1Ga0.85N/p-Al0.05In0.1Ga0.85P多量子阱层，透明金属层以及p型电极。
其中，交替形成的n-Al0.05In0.05Ga0.9N/n-Al0.05In0.05Ga0.9P多量子阱层的具体结构为：先形成n-Al0.05In0.05Ga0.9N多量子阱层，然后在该n-Al0.05In0.05Ga0.9N多量子阱层上形成n-Al0.05In0.05Ga0.9P多量子阱层，以该两层作为一个周期，共形成10-20个周期；
其中，交替形成的超晶格结构的p-Al0.05In0.1Ga0.85N/p-Al0.05In0.1Ga0.85P多量子阱层的具体结构为：先形成p-Al0.05In0.1Ga0.85N多量子阱层，然后在该p-Al0.05In0.1Ga0.85N多量子阱层上形成p-Al0.05In0.1Ga0.85P多量子阱层，以该两层作为一个周期，共形成10-20个周期；
附图说明
附图1为本发明提出的发光二极管结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1，本发明提出的发光二极管结构为：自下往上依次为n型电极11、硅衬底1、碳化硅外延层2、低温缓冲层3、n型掺杂的Al0.05In0.05Ga0.9N层4、交替形成的超晶格结构的n-Al0.05In0.05Ga0.9N/n-Al0.05In0.05Ga0.9P多量子阱层5、p型掺杂的AlGaN层6、p型掺杂的Al0.1In0.05Ga0.85N层7、交替形成的超晶格结构的p-Al0.05In0.1Ga0.85N/p-Al0.05In0.1Ga0.85P多量子阱层8，透明金属层9以及p型电极10。
其中，透明金属层9为ITO层。
其中，交替形成的n-Al0.05In0.05Ga0.9N/n-Al0.05In0.05Ga0.9P多量子阱层5的具体结构为：先形成n-Al0.05In0.05Ga0.9N多量子阱层，然后在该n-Al0.05In0.05Ga0.9N多量子阱层上形成n-Al0.05In0.05Ga0.9P多量子阱层，以该两层作为一个周期，共形成10-20个周期；
与多量子阱层5类似，多量子阱层8同样采用交替形成的结构，该交替形成的超晶格结构的p-Al0.05In0.1Ga0.85N/p-Al0.05In0.1Ga0.85P多量子阱层8的具体结构为：先形成p-Al0.05In0.1Ga0.85N多量子阱，然后在该p-Al0.05In0.1Ga0.85N多量子阱层上形成p-Al0.05In0.1Ga0.85P多量子阱层，以该两层作为一个周期，共形成10-20个周期；
实施例2
下面介绍本发明的优选实施例，该优选实施例为本发明提出的发光二极管结构中，亮度最优的结构。
参见图1，本发明提出的发光二极管结构为：自下往上依次为n型电极11、硅衬底1、碳化硅外延层2、低温缓冲层3、n型掺杂的Al0.05In0.05Ga0.9N层4、交替形成的超晶格结构的n-Al0.05In0.05Ga0.9N/n-Al0.05In0.05Ga0.9P多量子阱层5、p型掺杂的AlGaN层6、p型掺杂的Al0.1In0.05Ga0.85N层7、交替形成的超晶格结构的p-Al0.05In0.1Ga0.85N/p-Al0.05In0.1Ga0.85P多量子阱层8，透明金属层9以及p型电极10。
其中，透明金属层9为ITO层。
其中，交替形成的n-Al0.05In0.05Ga0.9N/n-Al0.05In0.05Ga0.9P多量子阱层5的具体结构为：先形成n-Al0.05In0.05Ga0.9N多量子阱层，然后在该n-Al0.05In0.05Ga0.9N多量子阱层上形成n-Al0.05In0.05Ga0.9P多量子阱层，以该两层作为一个周期，共形成15个周期；
与多量子阱层5类似，多量子阱层8同样采用交替形成的结构，该交替形成的超晶格结构的p-Al0.05In0.1Ga0.85N/p-Al0.05In0.1Ga0.85P多量子阱层8的具体结构为：先形成p-Al0.05In0.1Ga0.85N多量子阱，然后在该p-Al0.05In0.1Ga0.85N多量子阱层上形成p-Al0.05In0.1Ga0.85P多量子阱层，以该两层作为一个周期，共形成15个周期；
至此，上述描述已经详细的说明了本发明的发光二极管结构，相对于现有的发光二极管，本发明提出的结构能够大幅度提高发光亮度，并且能够降低公函。前文的描述的实施例仅仅只是本发明的优选实施例，其并非用于限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明精神的前提下，可对本发明做任何的修改，而本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种高亮度碳化硅外延发光二极管，其结构为：自下往上依次为n型电极(11)、硅衬底(1)、碳化硅外延层(2)、低温缓冲层(3)、n型掺杂的Al0.05In0.05Ga0.9N层(4)、交替形成的超晶格结构的n-Al0.05In0.05Ga0.9N/n-Al0.05In0.05Ga0.9P多量子阱层(5)、p型掺杂的AlGaN层(6)、p型掺杂的Al0.1In0.05Ga0.85N层(7)、交替形成的超晶格结构的p-Al0.05In0.1Ga0.85N/p-Al0.05In0.1Ga0.85P多量子阱层(8)，透明金属层(9)以及p型电极(10)。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：
其中，交替形成的n-Al0.05In0.05Ga0.9N/n-Al0.05In0.05Ga0.9P多量子阱层(5)的具体结构为：先形成n-Al0.05In0.05Ga0.9N多量子阱层，然后在该n-Al0.05In0.05Ga0.9N多量子阱层上形成n-Al0.05In0.05Ga0.9P多量子阱层，以该两层作为一个周期，共形成10-20个周期。
3.如权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于：
其中，交替形成的超晶格结构的p-Al0.05In0.1Ga0.85N/p-Al0.05In0.1Ga0.85P多量子阱层(8)的具体结构为：先形成p-Al0.05In0.1Ga0.85N多量子阱层，然后在该p-Al0.05In0.1Ga0.85N多量子阱层上形成p-Al0.05In0.1Ga0.85P多量子阱层，以该两层作为一个周期，共形成10-20个周期。
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