CN107833955B - 一种氮化物发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化物发光二极管，包括：N型氮化物半导体，具有V‑pits的多量子阱，V‑pits调制填充层，电子阻挡层以及P型氮化物半导体，其特征在于：多量子阱和电子阻挡层之间或电子阻挡层和P型氮化物半导体之间至少具有一层V‑pits调制填充层，该层由V‑pits开口封闭层和V‑pits开口开启层构成的周期结构组成，通过V‑pits的开口的张大和缩小形成的周期结构，提升P型空穴注入量子阱的效率和局域量子限制效应，并提升对量子阱出射光的反射和散射，提升发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种具有V-pits调制填充层的氮化物发光二极管。
背景技术
现今，发光二极管（LED），特别是氮化物发光二极管因其较高的发光效率，在普通照明领域已取得广泛的应用。因氮化物发光二极管的底层存在缺陷，导致生长量子阱时缺陷延伸会形成V-pits。V-pits的侧壁的势垒大于多量子阱的势垒，导致电子不易跃迁进入V-pits的缺陷非辐射复合中心，同时，V-pits侧壁可对多量子阱发出的光进行反射，改变发光角度，降低全反射角对出光影响，提升光提取效率，提升发光效率和发光强度。同时，V-pits之间形成类似铟组分的涨落区域和量子尺寸区域，可以提升量子阱内电子和空穴的量子限制效应，提升电子和空穴的复合几率。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种具有V-pits调制填充层的氮化物发光二极管，通过在多量子阱和电子阻挡层之间或电子阻挡层和P型氮化物半导体之间制作至少一层V-pits调制填充层，所述V-pits调制填充层由V-pits开口封闭层和V-pits开口开启层构成的周期结构组成，通过V-pits的开口的张大和缩小形成的周期性量子结构，提升P型空穴注入量子阱的效率和局域量子限制效应，提升电子和空穴的复合几率，并提升对量子阱出射光的反射和散射，提升发光二极管的发光效率。
一种具有V-pits调制填充层的氮化物发光二极管，包括：N型氮化物半导体，具有V-pits的多量子阱，V-pits调制填充层，电子阻挡层以及P型氮化物半导体，其特征在于：多量子阱和电子阻挡层之间或电子阻挡层和P型氮化物半导体之间至少具有一层V-pits调制填充层，所述V-pits调制填充层由V-pits开口封闭层和V-pits开口开启层构成的周期结构组成，形成V-pits的开口的张大和缩小形成的周期性量子结构。
进一步地，所述V-pits调制填充层由V-pits开口封闭层和V-pits开口开启层组成的周期结构的周期数为n，其中n≥2，第一层和最后一层均为V-pits开口封闭层。
进一步地，所述V-pits调制填充层的V-pits开口封闭层形成V-pits的开口尺寸为5~50nm，V-pits的开口角度为50°~60°；所述V-pits开口开启层形成的V-pits的开口尺寸为50~500nm，V-pits的开口角度为55°~70°。
进一步地，所述每一周期的V-pits开口封闭层由氮化镓GaN组成，生长温度为800-1000°C，厚度为50~500nm，Mg掺杂浓度为1.0E19~1.0E20cm-3。
进一步地，所述每一周期的V-pits开口开启层由AlxInyGa1-x-yN组成，其中0.2≤x≤1，0≤y≤0.2，In组分低于多量子阱的In组分，生长温度为700~800°C，厚度为50~500nm，该层无Mg掺杂。
附图说明
图1为传统多量子阱具有V-pits的氮化物发光二极管示意图。
图2为本发明实施例的具有V-pits调制填充层的氮化物发光二极管的示意图。
图3为本发明实施例的具有V-pits调制填充层的氮化物发光二极管的V-pits开口封闭层和开口开启层的示意图。
图4为本发明实施例的具有V-pits调制填充层的氮化物发光二极管的V-pits开口封闭层和开口开启层的开口示意图。
图5为本发明实施例的具有V-pits调制填充层的氮化物发光二极管的V-pits开口封闭层和开口开启层形成周期结构对光的反射和散射的效果图。
图示说明：100：衬底，101：缓冲层，102：N型氮化物半导体，103：多量子阱，104：V-pits，105：电子阻挡层，106：P型氮化物半导体，107：P型接触层，108：V-pits调制填充层，108a：V-pits开口封闭层，108b：V-pits开口开启层，108c：V-pits开口封闭层的开口，108d：V-pits开口开启层的开口。
具体实施方式
传统的氮化物发光二极管，因晶格失配和热失配在氮化物生长过程中会形成缺陷，生长多量子阱时该位错会延伸形成V-pits，如图1所示；因V-pits的侧壁的势垒大于多量子阱的势垒，导致电子不易跃迁进入V-pits的缺陷非辐射复合中心，同时，V-pits侧壁可对多量子阱发出的光进行反射，可改变发光角度，降低全反射角对出光影响，提升光提取效率，提升发光效率和发光强度。同时，V-pits之间形成类似铟组分的涨落区域和量子尺寸区域，可以提升量子阱内电子和空穴的量子限制效应，提升电子和空穴的复合几率。
本实施例的一种具有V-pits调制填充层的氮化物发光二极管，如图2和3所示，通过在多量子阱和电子阻挡层之间或电子阻挡层和P型氮化物半导体之间制作至少一层V-pits调制填充层108，所述V-pits调制填充层由V-pits开口封闭层108a和V-pits开口开启层108b构成的周期结构组成，通过V-pits的开口的张大和缩小形成的周期性量子结构，提升P型空穴注入量子阱的效率和局域量子限制效应，提升电子和空穴的复合几率，并提升对量子阱出射光的反射和散射，提升发光二极管的发光效率。
如图2~4所示，一种具有V-pits调制填充层的氮化物发光二极管，依次包括：衬底100，缓冲层101，N型氮化物半导体102，具有V-pits 104的多量子阱103，V-pits调制填充层108，电子阻挡层105，P型氮化物半导体106和P型接触层107，多量子阱103和电子阻挡层105之间或电子阻挡层105和P型氮化物半导体106之间至少具有一层V-pits调制填充层，所述V-pits调制填充层108由V-pits开口封闭层108a和V-pits开口开启层108b构成的周期结构组成，形成V-pits的开口的张大和缩小形成的周期结构。
进一步地，所述的V-pits调制填充层108由V-pits开口封闭层108a和V-pits开口开启层108b组成的周期结构的周期数为n，其中n≥2，第一层和最后一层均为V-pits开口封闭层108a。
进一步地，所述的V-pits调制填充层108的V-pits开口封闭层108a形成V-pits的开口108c尺寸为5~50nm，V-pits的开口角度为50°~60°；所述V-pits开口开启层形成的V-pits的开口108d尺寸为50~500nm，V-pits的开口角度为55°~70°。
进一步地，所述每一周期的V-pits开口封闭层108a由GaN组成，生长温度为800-1000°C，厚度为50~500nm，Mg掺杂浓度为1.0E19~1.0E20cm-3。
进一步地，所述每一周期的V-pits开口开启层108b由AlxInyGa1-x-yN组成，其中0.2≤x≤1，0≤y≤0.2，In组分低于多量子阱的In组分，生长温度为700~800°C，厚度为50~500nm，该层无Mg掺杂。
如图5所示，通过在多量子阱103中的V-pits 105上方制作V-pits调制填充层108，制作V-pits开口封闭层108a和V-pits开口开启层108b构成的周期结构，形成V-pits的开口的张大和缩小形成的周期性量子结构。因V-pits开口封闭层108a形成的V-pits的开口角度为50°~60°，而V-pits开口开启层108b形成的V-pits的开口角度为55°~70°，使两者之前形成角度偏差，使多量子阱104出射的光在经过该开口大小不同的V-pits调制填充层108时产生光的反射和散射。同时，V-pits调制填充层108形成开口大小不同的量子结构，还可提升P型空穴注入量子阱的效率和局域量子限制效应，提升电子和空穴的复合几率，从而提升发光二极管的发光效率。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。
Claims (10)
1.一种氮化物发光二极管，包括：N型氮化物半导体，具有V-pits的多量子阱，V-pits调制填充层，电子阻挡层以及P型氮化物半导体，其特征在于：多量子阱和电子阻挡层之间或电子阻挡层和P型氮化物半导体之间至少具有一层V-pits调制填充层，所述V-pits调制填充层由V-pits开口封闭层和V-pits开口开启层构成的周期性量子结构组成，通过V-pits的开口的张大和缩小形成的周期性量子结构。
2.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述V-pits调制填充层由V-pits开口封闭层和V-pits开口开启层组成的周期性量子结构的周期数为n，其中n≥2，第一层和最后一层均为V-pits开口封闭层。
3.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述V-pits开口封闭层形成V-pits的开口尺寸为5~50nm。
4.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述V-pits开口封闭层形成V-pits的开口角度为50°~60°。
5.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述V-pits开口开启层形成的V-pits的开口尺寸为50~500nm。
6.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述V-pits开口开启层形成的V-pits的开口角度为55°~70°。
7.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述每一周期的V-pits开口封闭层由GaN组成。
8.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述每一周期的V-pits开口封闭层，厚度为50~500nm，Mg掺杂浓度为1.0E19~1.0E20cm-3。
9.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述每一周期的V-pits开口开启层由AlxInyGa1-x-yN组成，其中0.2≤x≤1，0≤y≤0.2。
10.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述每一周期的V-pits开口开启层，厚度为50~500 nm，无Mg掺杂。
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