CN108039397B - 一种氮化物半导体发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种氮化物半导体发光二极管，包括：N型氮化物半导体，V‑pits，多量子阱，至少具有一V‑pits开启层和/或至少具有一V‑pits调制层，以及P型氮化物半导体，其特征在于：所述V‑pits开启层和V‑pits调制层具有不同的C碳含量，调节（10‑11）面和（0001）面的速率匹配，通过控制C含量控制位错线开出V‑pits并调控V‑pits尺寸和密度；并控制InkGa1‑kN/GaN的厚度比例和InzGa1‑zN/GaN的厚度比例，调控V‑pits的尺寸和密度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种氮化物半导体发光二极管。
背景技术
现今，氮化物半导体发光二极管（LED），因其较高的发光效率、波长连续可调、节能环保等优点，目前已广泛应用于室内白光照明、手机背光照明、电视背光照明、显示照明、路灯、景观灯等领域。采用量子结构的氮化物发光二极管通过局域量子限制作用，可提升有源区的电子和空穴波函数的交叠几率和复合效率，使量子效率再提升至一个新的台阶。由于III族氮化物一般在蓝宝石或SiC等异质衬底上进行异质外延，不同材料之间的晶格失配和热失配会产生位错或缺陷，且这些位错线会随着外延层的生长而向上延伸。传统氮化物半导体，在生长InGaN/GaN量子阱过程，由于生长温度较低，层层之间的生长被破坏而在量子阱区域形成V-pits，该V-pits开启位置在多量子阱里。由于V-pits的中心连接着位错线，若电子和空穴在注入量子阱时会被V-pits俘获，则量子阱的电子和空穴会在V-pits中心的位错线进行非辐射复合，降低复合效率。
为了解决连接着V-pits中心的位错线俘获电子和空穴形成非辐射复合的问题，有必须提出一种氮化物半导体发光二极管。
发明内容
为了解决连接着量子阱V-pits中心的位错线俘获电子和空穴形成非辐射复合的问题，本发明提出一种氮化物半导体发光二极管，通过插入V-pits开启层使V-pits的开启位置提前至多量子阱与N型氮化物半导体之间，通过控制第一V-pits调制层和第二V-pits调制层的C碳含量，调节（10-11）面和（0001）面的速率匹配，并控制InzGa1-zN/GaN的厚度比例和InkGa1-kN/GaN的厚度比例，调控V-pits的尺寸和密度，从而避免连接V-pits尖端的位错线俘获注入量子阱的电子和空穴，防止V-pits底部的穿透位错产生非辐射复合，从而提升电子和空穴的注入和复合效率。
一种氮化物半导体发光二极管，包括：N型氮化物半导体，V-pits，多量子阱，V-pits开启层，第一V-pits调制层，第二V-pits调制层，GaN间隔层，P型氮化物半导体，其特征在于：所述多量子阱为InxGa1-xN/GaN，该层In组分为x，其中0.15≤x≤0.5，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量小于1E17 Atoms/cm3（ION Intensity）；V-pits开启层为InyGa1-yN，该层的In组分为y，其中0≤y≤0.05，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为5E17~5E18 Atoms/cm3（ION Intensity）；所述第一V-pits调制层为InzGa1-zN/GaN，该层的In组分为z，其中0.05≤z≤0.1，InzGa1-zN层的厚度为a，GaN层的厚度为b，所述InzGa1-zN/GaN的厚度比例为b/a，其中5≤b/a≤30，周期数为m，其中m≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为1E17~5E17 Atoms/cm3（ION Intensity）；所述第二V-pits调制层为InkGa1-kN/GaN，该层的In组分为k，其中0.1≤k≤0.15，InkGa1-kN的厚度为c，GaN的厚度为d，所述InkGa1-kN/GaN的厚度比例为d/c，其中1≤d/c≤5，周期为n，其中n≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为1E16~1E17 Atoms/cm3（ION Intensity）。
通过V-pits开启层，控制该层的C碳含量，控制氮化物半导体的III族原子在(0001)面的迁移率，使(10-11)面的生长速率高于（0001）面，从而使位错线在V-pits开启层开出V-pits，使V-pits的开启位置调节至N型氮化物半导体和多量子阱之间；通过控制第一V-pits调制层和第二V-pits调制层的C碳含量，调节（10-11）面和（0001）面的速率匹配，并控制InzGa1-zN/GaN的厚度比例和InkGa1-kN/GaN的厚度比例，调控V-pits的尺寸和密度。
所述V-pits开启层、第一V-pits调制层和第二V-pits调制层之间具有一层GaN间隔层，该层的厚度为1~500 nm，可通过调控所述GaN间隔层的生长温度和厚度，控制V-pits的填充状态，控制V-pits的开口尺寸和角度。。
所述V-pits开启层、第一V-pits调制层和第二V-pits调制层的In组分呈逐渐上升的分布，其中In组分变化范围为0至0.15，InzGa1-zN/GaN至InkGa1-kN/GaN的GaN除以InGaN的厚度比例呈下降趋势，其中厚度比例的变化范围为30至1，第一V-pits调制层至第二V-pits调制层的C碳含呈下降趋势，其中变化范围为5E17至1E16 Atoms/cm3，通过控制C含量、In组分变化和厚度比例调节，调控V-pits的尺寸和密度，调控长完多量子阱后的V-pits尺寸在10~500 nm。
所述V-pits的开启位置在N型氮化物半导体与多量子阱之间的V-pits开启层，该层的III族原子在(0001)面的迁移率低于(10-11)面的迁移率，使(10-11)面的生长速率高于（0001）面的生长速率，从而在位错线开启V-pits；同时，通过第一V-pits调制层和第二V-pits调制层逐渐调控V-pits的尺寸和密度。
所述P型氮化物半导体的III族原子在(0001)面的迁移率高于（(10-11)面）的迁移率，（0001）面的生长速率高于(10-11)面的生长速率，使V-pits的开口被封住，形成平整的表面。
附图说明
图1为传统量子阱具有V-pits的氮化物半导体发光二极管的结构示意图。
图2为实施例1一种氮化物半导体发光二极管在多量子阱和N型氮化物半导体之间具有V-pits开启层的结构示意图，部分V-pits开启位置在传统的多量子阱区，部分V-pits开启位置在多量子阱和N型氮化物半导体之间。
图3实施例2为一种氮化物半导体发光二极管在多量子阱和N型氮化物半导体之间具有V-pits开启层的结构示意图，V-pits开启层位于第一V-pits调制层前，多量子阱和和V-pits开启层之间具有第一和第二V-pits调制层，所有V-pits均在多量子阱和N型氮化物半导体之间的V-pits开启层开启。
图4为实施例3一种氮化物半导体发光二极管在多量子阱和N型氮化物半导体之间具有V-pits开启层的结构示意图，V-pits开启层位于第一V-pits调制层前，多量子阱和和V-pits开启层之间仅具有第一V-pits调制层。
图5为实施例4一种氮化物半导体发光二极管在多量子阱和N型氮化物半导体之间具有V-pits开启层的结构示意图，V-pits开启层位于第一V-pits调制层前，多量子阱和V-pits开启层之间仅具有第二V-pits调制层。
图6为实施例5一种氮化物半导体发光二极管在多量子阱和N型氮化物半导体之间具有V-pits开启层的结构示意图，V-pits开启层位于第一V-pits调制层前，多量子阱和和V-pits开启层之间不具有第一调制层、第二V-pits调制层，仅具有GaN间隔层。
图7为实施例6一种氮化物半导体发光二极管在多量子阱和N型氮化物半导体之间具有V-pits开启层的结构示意图，N型氮化物和多量子阱之间不具有V-pits开启层，通过第一V-pits调制层强制开启V-pits，通过第一V-pits和第二V-pits调制层调控V-pits的尺寸和密度。
图8为实施例7一种氮化物半导体发光二极管在多量子阱和N型氮化物半导体之间具有V-pits开启层的结构示意图，N型氮化物和多量子阱之间不具有V-pits开启层，仅具有第一V-pits调制层，通过第一V-pits调制层强制开启V-pits，并调控V-pits的尺寸和密度。
图9为实施例8一种氮化物半导体发光二极管在多量子阱和N型氮化物半导体之间具有V-pits开启层的结构示意图，N型氮化物和多量子阱之间不具有V-pits开启层，仅具有第二V-pits调制层，通过第二V-pits调制层强制开启V-pits，并调控V-pits的尺寸和密度。
图示说明：100：衬底；101：N型氮化物半导体，102：多量子阱，103a：开启位置在多量子阱的V-pits，103b：开启位置在V-pits开启层的V-pits，104：P型氮化物半导体，105：位错线，106：V-pits开启层，107：第一V-pits调制层，108：第二V-pits调制层，109：GaN间隔层。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，传统的氮化物发光二极管一般由衬底100， N型氮化物半导体101，多量子阱102，开启位置在多量子阱的V-pits 103a，P型氮化物半导体104组成，多量子阱102的V-pits 103a一般开启位置在多量子阱之后，V-pits 103a的开启位置与位错线105连接。由于III族氮化物一般在蓝宝石或SiC等异质衬底上进行异质外延，不同材料之间的晶格失配和热失配会产生位错或缺陷，且这些位错线会随着外延层的生长而向上延伸。在生长InGaN/GaN量子阱过程，由于生长温度较低，层层之间的生长被破坏而在量子阱区域形成V-pits。由于V-pits的中心连接着位错线，若电子和空穴在注入量子阱时被V-pits俘获，则电子和空穴会在V-pits中心的位错线进行非辐射复合，降低复合效率。
为了解决连接着量子阱V-pits中心的位错线俘获电子和空穴形成非辐射复合的问题，本发明提出一种氮化物半导体发光二极管，如图2所示，通过插入V-pits开启层106使V-pits的开启位置提前至多量子阱与N型氮化物半导体之间，通过控制第一V-pits调制层107和第二V-pits调制层108的C碳含量，调节（10-11）面和（0001）面的速率匹配，并控制InzGa1-zN/GaN的厚度比例和InkGa1-kN/GaN的厚度比例，调控V-pits的尺寸和密度，使部分V-pits在V-pits开启层106开启，从而避免连接V-pits尖端的位错线105俘获注入量子阱的电子和空穴，防止V-pits底部的穿透位错线产生非辐射复合，从而提升电子和空穴的注入和复合效率。
一种氮化物半导体发光二极管，如图2所示，包括衬底100， N型氮化物半导体101，V-pits 103a和103b，多量子阱102，V-pits开启层106，第一V-pits调制层107，第二V-pits调制层108，GaN间隔层 109，P型氮化物半导体104，其特征在于：所述多量子阱102为InxGa1-xN/GaN，该层的In组分为x，其中0.15≤x≤0.5，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量小于1E17 Atoms/cm3（ION Intensity）；V-pits开启层106为InyGa1-yN，该层的In组分为y，其中0≤y≤0.05，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为5E17~5E18 Atoms/cm3（IONIntensity）；所述第一V-pits调制层107为InzGa1-zN/GaN，该层的In组分为z，其中0.05≤z≤0.1，InzGa1-zN层的厚度为a，GaN层的厚度为b，InzGa1-zN/GaN的厚度比例为b/a，其中5≤b/a≤30，周期数为m，其中m≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为1E17~5E17 Atoms/cm3（ION Intensity）；所述第二V-pits调制层108为InkGa1-kN/GaN，该层的In组分为k，其中0.1≤k≤0.15，InkGa1-kN的厚度为c，GaN的厚度为d，InkGa1-kN/GaN的厚度比例，其中1≤d/c≤5，周期为n，其中n≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为1E16~1E17 Atoms/cm3（IONIntensity）。
通过V-pits开启层106，控制该层的C碳含量，控制Ga在(0001)面的迁移率，使(10-11)面的生长速率高于（0001）面，从而使位错线105在V-pits开启层106开出V-pits 103b，使V-pits的开启位置调节至N型氮化物半导体和多量子阱之间，从而使多量子阱102的部分V-pits开启位置在传统的多量子阱区，部分V-pits开启位置在多量子阱和N型氮化物半导体之间，如图2所示；通过控制第一V-pits 107调制层和第二V-pits调制层108的C碳含量，调节（10-11）面和（0001）面的速率匹配，并控制InzGa1-zN/GaN的厚度比例b/a和InkGa1-kN/GaN的厚度比例d/c，调控V-pits的尺寸和密度。
所述V-pits开启层106、第一V-pits调制层107和第二V-pits调制层108之间具有一层GaN间隔层109，该层的厚度为1~500 nm， 可通过调控GaN的生长温度和厚度，控制V-pits的填充状态，控制V-pits的开口尺寸和角度。
所述V-pits开启层106、第一V-pits调制层107和第二V-pits调制层108的In组分呈逐渐上升的分布，In组分变化范围为0至0.15，InzGa1-zN/GaN至InkGa1-kN/GaN的GaN除以InGaN的厚度比例呈下降趋势，其中厚度比例的变化范围为30至1，第一V-pits调制层至第二V-pits调制层的C碳含呈下降趋势，其中变化范围为5E17至1E16 Atoms/cm3，通过控制C含量、In组分变化和厚度比例调节，调控V-pits的尺寸和密度，调控长完多量子阱后的V-pits尺寸在10~500 nm。
所述V-pits的开启位置在N型氮化物半导体与多量子阱之间的V-pits开启层106，该层的III族原子在(0001)面的迁移率低于(10-11)面的迁移率，使(10-11)面的生长速率高于（0001）面的生长速率，从而在位错线开启V-pits；同时，通过第一V-pits调制层107和第二V-pits调制层108逐渐增大V-pits的尺寸。
所述P型氮化物半导体104的III族原子在(0001)面的迁移率高于（(10-11)面）的迁移率，（0001）面的生长速率高于(10-11)面的生长速率，使V-pits的开口被封住，形成平整的表面。
实施例2
如图3所示的实施例2的一种氮化物半导体发光二极管，包括衬底100， N型氮化物半导体101，V-pits 103b，多量子阱102，V-pits开启层106，第一V-pits调制层107，第二V-pits调制层108，P型氮化物半导体104，其特征在于：所述多量子阱102为InxGa1-xN/GaN，该层的In组分为x，其中0.15≤x≤0.5，多量子阱的C含量SIMS二次离子质谱小于1E17 Atoms/cm3（ION Intensity）；V-pits开启层106为InyGa1-yN，该层的In组分为y，其中0≤y≤0.05，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为5E17~5E18 Atoms/cm3（ION Intensity）；所述第一V-pits调制层107为InzGa1-zN/GaN，该层的In组分为z，其中0.05≤z≤0.1，InzGa1-zN层的厚度为a，GaN层的厚度为b，InzGa1-zN/GaN的厚度比例为b/a，其中5≤b/a≤30，周期数为m，其中m≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为1E17~5E17 Atoms/cm3（ION Intensity）；所述第二V-pits调制层108为InkGa1-kN/GaN，该层的In组分为k，其中0.1≤k≤0.15，InkGa1-kN的厚度为c，GaN的厚度为d，InkGa1-kN/GaN的厚度比例为d/c，其中1≤d/c≤5，周期为n，其中n≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为1E16~1E17 Atoms/cm3（ION Intensity）。
通过调节V-pits开启层106，控制Ga在(0001)面的迁移率，使(10-11)面的生长速率高于（0001）面，从而使位错线105在V-pits开启层106开出V-pits 103b，使所有的V-pits的开启位置调节至N型氮化物半导体和多量子阱之间，形成全部V-pits开启位置都在多量子阱和N型氮化物半导体之间的氮化物半导体发光二极管，如图3所示，V-pits开启层位于第一V-pits调制层前，多量子阱和和V-pits开启层之间具有第一和第二V-pits调制层；通过控制第一V-pits 107调制层和第二V-pits调制层108的C碳含量，调节（10-11）面和（0001）面的速率匹配，并控制InkGa1-kN/GaN的厚度比例d/c和InzGa1-zN/GaN的厚度比例b/a，以及相应的生长温度、In组分分布等生长条件，调控V-pits的尺寸和密度。
所述V-pits开启层106、第一V-pits调制层107和第二V-pits调制层108的In组分呈逐渐上升的分布，In组分变化范围为0至0.15，InzGa1-zN/GaN至InkGa1-kN/GaN的GaN除以InGaN的厚度比例呈下降趋势，其中厚度比例的变化范围为30至1，第一V-pits调制层至第二V-pits调制层的C碳含呈下降趋势，其中变化范围为5E17至1E16 Atoms/cm3，通过控制C含量、In组分变化和厚度比例调节，调控V-pits的尺寸和密度，调控长完多量子阱后的V-pits尺寸在10~500 nm。
所述V-pits的开启位置在N型氮化物半导体与多量子阱之间的V-pits开启层106，该层的III族原子在(0001)面的迁移率低于(10-11)面的迁移率，使(10-11)面的生长速率高于（0001）面的生长速率，从而在位错线开启V-pits；同时，通过第一V-pits调制层107和第二V-pits调制层108逐渐增大V-pits的尺寸。
所述P型氮化物半导体104的III族原子在(0001)面的迁移率高于（(10-11)面）的迁移率，（0001）面的生长速率高于(10-11)面的生长速率，使V-pits的开口被封住，形成平整的表面。
实施例3
如图4所示的实施例3的一种氮化物半导体发光二极管，与实施1的区别在于，通过调节V-pits开启层106，控制Ga在(0001)面的迁移率，使(10-11)面的生长速率高于（0001）面，从而使位错线105在V-pits开启层106开出V-pits 103b，使所有的V-pits的开启位置调节至N型氮化物半导体和多量子阱之间，形成全部V-pits开启位置都在多量子阱和N型氮化物半导体之间的氮化物半导体发光二极管，如图4所示，V-pits开启层位于第一V-pits调制层前，多量子阱和和V-pits开启层之间仅具有第一V-pits调制层；所述多量子阱102为InxGa1-xN/GaN，该层的In组分为x，其中0.15≤x≤0.5，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量小于1E17 Atoms/cm3（ION Intensity）；所述V-pits开启层106为InyGa1-yN，该层的In组分为y，其中0≤y≤0.05，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为1E17~5E18（ION Intensity）Atoms/cm3；所述第一V-pits调制层107为InzGa1-zN/GaN，该层的In组分为z，其中0.05≤z≤0.1，InzGa1-zN层的厚度为a，GaN层的厚度为b，InzGa1-zN/GaN的厚度比例为b/a，其中5≤b/a≤30，周期数为m，其中m≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为5E16~5E17 Atoms/cm3（ION Intensity）；通过控制第一V-pits 107调制层的C碳含量，调节（10-11）面和（0001）面的速率匹配，并控制InzGa1-zN/GaN的厚度比例b/a、温度、In组分等生长条件和结构，调控V-pits的尺寸和密度。
实施例4
如图5所示的实施例4的一种氮化物半导体发光二极管，与实施1的区别在于，通过调节V-pits开启层106，控制Ga在(0001)面的迁移率，使(10-11)面的生长速率高于（0001）面，从而使位错线105在V-pits开启层106开出V-pits 103b，使所有的V-pits的开启位置调节至N型氮化物半导体和多量子阱之间，形成全部V-pits开启位置都在多量子阱和N型氮化物半导体之间的氮化物半导体发光二极管，如图5所示，V-pits开启层位于第一V-pits调制层前，多量子阱和V-pits开启层之间仅具有第二V-pits调制层；所述多量子阱102为InxGa1-xN/GaN，该层的In组分为x，其中0.15≤x≤0.5，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量小于1E17 Atoms/cm3（ION Intensity）；所述V-pits开启层106为InyGa1-yN，该层的In组分为y，其中0≤y≤0.05，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为1E17~5E18 Atoms/cm3（IONIntensity）；所述第二V-pits调制层108为InkGa1-kN/GaN，该层的In组分为k，其中0.1≤k≤0.15，InkGa1-kN的厚度为c，GaN的厚度为d，InkGa1-kN/GaN的厚度比例为d/c，其中1≤d/c≤5，周期为n，其中n≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为1E16~5E17 Atoms/cm3（IONIntensity）。通过控制第二V-pits调制层108的C碳含量，调节（10-11）面和（0001）面的速率匹配，并控制InkGa1-kN/GaN的厚度比例d/c、温度、In组分等生长条件和结构，调控V-pits的尺寸和密度。
实施例5
如图6所示的实施例5的一种氮化物半导体发光二极管，与实施1的区别在于，通过调节V-pits开启层106，控制Ga在(0001)面的迁移率，使(10-11)面的生长速率高于（0001）面，从而使位错线105在V-pits开启层106开出V-pits 103b，使所有的V-pits的开启位置调节至N型氮化物半导体和多量子阱之间，形成全部V-pits开启位置都在多量子阱和N型氮化物半导体之间的氮化物半导体发光二极管，如图6所示V-pits开启层位于第一V-pits调制层前，多量子阱和和V-pits开启层之间不具有第一调制层、第二V-pits调制层，仅具有GaN间隔层109，可通过调控GaN间隔层109的生长温度和厚度，控制V-pits的填充状态，控制V-pits的开口尺寸和角度，并调控V-pits的尺寸和密度。
实施例6
如图7所示的实施例6的一种氮化物半导体发光二极管，包括衬底100， N型氮化物半导体101，V-pits 103b，多量子阱102，第一V-pits调制层107，第二V-pits调制层108，P型氮化物半导体104，其特征在于：所述多量子阱102为InxGa1-xN/GaN，其中0.15≤x≤0.5，多量子阱的C含量SIMS二次离子质谱小于1E17 Atoms/cm3（ION Intensity）；与实施例2的主要区别为不具有V-pits开启层106，而是通过所述的第一V-pits调制层107和第二V-pits调制层108，控制Ga在(0001)面的迁移率，使(10-11)面的生长速率高于（0001）面，强制在第一V-pits调制层107开启出V-pits；所述第一V-pits调制层107为InzGa1-zN/GaN，该层的In组分为z，其中0.05≤z≤0.1，InzGa1-zN层的厚度为a，GaN层的厚度为b，InzGa1-zN/GaN的厚度比例为b/a，其中5≤b/a≤30，周期数为m，其中m≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为1E17~5E18 Atoms/cm3（ION Intensity）；所述第二V-pits调制层108为InkGa1-kN/GaN，该层的In组分为k，其中0.1≤k≤0.15，InkGa1-kN的厚度为c，GaN的厚度为d，InkGa1-kN/GaN的厚度比例为d/a，其中1≤d/c≤5，周期为n，其中n≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为1E16~5E17Atoms/cm3（ION Intensity）。
通过控制第一V-pits 107调制层和第二V-pits调制层108的C碳含量，调节（10-11）面和（0001）面的速率匹配，并控制InkGa1-kN/GaN的厚度比例d/c和InzGa1-zN/GaN的厚度比例b/a，以及相关的生长温度、In组分等生长条件，调控V-pits的尺寸和密度。
所述第一V-pits调制层107和第二V-pits调制层108的In组分呈逐渐上升的分布，In组分变化范围为0至0.15，第一V-pits调制层107到第二V-pits调制层108的GaN除以InGaN的厚度比例呈下降趋势，即InzGa1-zN/GaN至InkGa1-kN/GaN的GaN除以InGaN的厚度比例呈下降趋势，其中厚度比例的变化范围为30至1，第一V-pits调制层至第二V-pits调制层的C碳含呈下降趋势，其中变化范围为5E17至1E16 Atoms/cm3，通过控制C含量、In组分变化和厚度比例调节，调控V-pits的尺寸和密度，调控长完多量子阱后的V-pits尺寸在10~500nm。
所述P型氮化物半导体104的III族原子在(0001)面的迁移率高于（(10-11)面）的迁移率，（0001）面的生长速率高于(10-11)面的生长速率，使V-pits的开口被封住，形成平整的表面。
实施例7
如图8所示的实施例7的一种氮化物半导体发光二极管，与实施6的区别在于，N型氮化物和多量子阱之间不具有V-pits开启层，仅具有第一V-pits调制层。所述多量子阱102为InxGa1-xN/GaN，该层的In组分为x，其中0.15≤x≤0.5，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量小于1E17 Atoms/cm3（ION Intensity）；所述第一V-pits调制层107为InzGa1-zN/GaN，该层的In组分为z，其中0.05≤z≤0.1，InzGa1-zN层的厚度为a，GaN层的厚度为b，InzGa1-zN/GaN的厚度比例为b/a，其中5≤b/a≤30，周期数为m，其中m≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为5E16~5E18 Atoms/cm3（ION Intensity），通过第一V-pits调制层107强制开启V-pits，并通过调控第一V-pits调制层107的In组分、InkGa1-kN/GaN的厚度比例、C碳含量等手段，调控V-pits的尺寸和密度调控。
实施例8
如图9所示的实施例8的一种氮化物半导体发光二极管，与实施6的区别在于，多量子阱和N型氮化物半导体之间具有V-pits开启层的结构示意图，N型氮化物和多量子阱之间不具有V-pits开启层，仅具有第二V-pits调制层。所述多量子阱102为InxGa1-xN/GaN，该层的In组分为x，其中0.15≤x≤0.5，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量小于1E17 Atoms/cm3（ION Intensity）；所述第二V-pits调制层108为InkGa1-kN/GaN，该层的In组分为k，其中0.1≤k≤0.15，InkGa1-kN的厚度为c，GaN的厚度为d，InkGa1-kN/GaN的厚度比例为d/a，其中1≤d/c≤5，周期为n，其中n≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为5E16~5E18 Atoms/cm3（IONIntensity），通过第二V-pits调制层108强制开启V-pits，并通过调控第二V-pits调制层108的In组分、InkGa1-kN/GaN的厚度比例、C碳含量等手段，调控V-pits的尺寸和密度。
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 (11)
1.一种氮化物半导体发光二极管，自下而上依次包括：N型氮化物半导体，V-pits，多量子阱，至少具有一V-pits开启层和/或至少具有一V-pits调制层，以及P型氮化物半导体，其特征在于：所述V-pits开启层和V-pits调制层具有不同的C碳含量，
通过V-pits开启层，控制该层的C碳含量，控制氮化物半导体的III族原子在(0001)面的迁移率，使(10-11)面的生长速率高于（0001）面，从而使位错线在V-pits开启层开出V-pits，使V-pits的开启位置调节至N型氮化物半导体和多量子阱之间；通过控制V-pits调制层的不同C碳含量，调节III族原子在（10-11）面和（0001）面的速率匹配，并控制InkGa1-kN/GaN的厚度比例和InzGa1-zN/GaN的厚度比例，调控V-pits的尺寸和密度。
2.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述多量子阱为InxGa1-xN/GaN，该层In组分为x，其中0.15≤x≤0.5，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量小于1E17 Atoms/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述V-pits开启层为InyGa1-yN，该层In组分为y，其中0≤y≤0.05，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为5E17~5E18 Atoms/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述V-pits调制层至少包括第一V-pits调制层和/或第二V-pits调制层，所述第一V-pits调制层为InzGa1- zN/GaN，该层In组分为z，其中0.05≤z≤0.1，InzGa1-zN层的厚度为a，GaN层的厚度为b，InzGa1-zN/GaN的厚度比例为GaN层除以InGaN的厚度比例为b/a，其中5≤b/a≤30，周期数为m，其中m≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为1E17~5E17 Atoms/cm3；所述第二V-pits调制层为InkGa1-kN/GaN，该层In组分为k，其中0.1≤k≤0.15，InkGa1-kN的厚度为c，GaN的厚度为d，InkGa1-kN/GaN的厚度比例为GaN层除以InGaN层的厚度比例为d/c，其中1≤d/c≤5，周期为n，其中n≥2，该层SIMS二次离子质谱的C碳含量为1E16~1E17 Atoms/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述V-pits开启层和V-pits调制层之间还具有一层GaN间隔层，该层的厚度为1~500nm，通过调控所述GaN间隔层的生长温度和厚度，控制V-pits的填充状态，控制V-pits的开口尺寸和角度。
6.根据权利要求4所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述V-pits开启层、第一V-pits调制层和第二V-pits调制层的In组分呈逐渐上升的分布，其中In组分的变化范围为0~0.15。
7.根据权利要求4所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述InzGa1-zN/GaN至InkGa1-kN/GaN的厚度比例呈下降趋势，即b/a变化至d/c呈下降趋势，其中厚度比例的变化范围为30至1。
8.根据权利要求4所述一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述V-pits开启层至第一V-pits调制层至第二V-pits调制层的C碳含量呈下降趋势，其中C碳含量的变化范围为5E17~1E16 Atoms/cm3。
9.根据权利要求6或7或8所述一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：通过控制所述V-pits开启层、第一V-pits调制层和第二V-pits调制层的C含量变化、In组分变化和厚度比例调节，调控V-pits的尺寸和密度，调控长完多量子阱后的V-pits尺寸在10~500 nm。
10.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述V-pits的开启位置在N型氮化物半导体与多量子阱之间的V-pits开启层，该层的III族原子在(0001)面的迁移率低于(10-11)面的迁移率，使(10-11)面的生长速率高于（0001）面的生长速率，从而在位错线开启V-pits；同时，通过第一V-pits调制层和第二V-pits调制层逐渐调控V-pits的尺寸和密度。
11.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述P型氮化物半导体的III族原子在(0001)面的迁移率高于(10-11)面的迁移率，（0001）面的生长速率高于(10-11)面的生长速率，使V-pits的开口被封住，形成平整的表面。
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