CN108110101B - 一种黄绿光发光二极管 - Google Patents

一种黄绿光发光二极管 Download PDF

Info

Publication number
CN108110101B
CN108110101B CN201711247866.2A CN201711247866A CN108110101B CN 108110101 B CN108110101 B CN 108110101B CN 201711247866 A CN201711247866 A CN 201711247866A CN 108110101 B CN108110101 B CN 108110101B
Authority
CN
China
Prior art keywords
quantum well
layer
strain
yellow
light emitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711247866.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108110101A (zh
Inventor
刘超
高鹏
王凌飞
高文浩
刘晓峰
张军召
吴超瑜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co Ltd
Original Assignee
Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co Ltd filed Critical Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority to CN201711247866.2A priority Critical patent/CN108110101B/zh
Publication of CN108110101A publication Critical patent/CN108110101A/zh
Priority to PCT/CN2018/114896 priority patent/WO2019105204A1/zh
Priority to TW107142090A priority patent/TWI699008B/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108110101B publication Critical patent/CN108110101B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/305—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table characterised by the doping materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种黄绿光发光二极管，包括第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体导，其特征在于：所述有源层依次包含第一量子阱、第二量子阱、应变补偿层和第三量子阱，其中所述第一量子阱结构为无应变量子阱，所述第二、第三量子阱为应变量子阱。本发明采用无应变量子阱和大应变的量子阱组合，采取了应变补偿措施防止出现晶格弛豫，减少了Al的组分使得器件可靠性更强，同时提高量子阱对载流子的限制作用提高内量子效率。

Description

一种黄绿光发光二极管
技术领域
本发明属于光电子技术领域，具体涉及一种黄绿光发光二极管。
背景技术
半导体发光二极管因其具有体积小、耗电低、寿命长和节能环保等优点得到了广泛应用。随着金属有机物物化学气相沉积（MOCVD）外延生长技术的成熟，以（AlxGa1-x）0.5In0.5P材料作为有源区的LED具有较高的内量子效率。
AlGaInP黄绿光发光二极管因其波长短，Al组分需非常的高（接近间接带隙），其发光效率非常低，高Al组分又引入很多的氧形成深能级缺陷，加重俄歇复合，同时量子阱的深度也变得很浅，对载流子的限制也会变弱。目前获得高效率光绿光的普遍做法是加多量子阱的个数，但是过多的量子阱对器件的可靠性有一定的影响。
发明内容
针对前述问题，本发明提出一种采用无应变量子阱和大应变的量子阱组合的有源层结构，提高内量子效率。
根据本发明的第一个方面：一种黄绿光发光二极管，包括：第一类型半导体层、有源层和第二类型半导层，其特征在于：所述有源层依次包含第一量子阱、第二量子阱、应变补偿层和第三量子阱，其中所述第一量子阱结构为无应变量子阱，所述第二、第三量子阱为应变量子阱。
根据本发明的第一个方面：一种黄绿光发光二极管，第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层，其特征在于：所述有源层依次包含第一量子阱、第二量子阱，其中所述第一量子阱结构为无应变量子阱，所述第二量子阱为应变量子阱，在所述第二量子阱内插入应变补偿层。
可选地，所述应变量子阱的阱层的Al组分低于所述无应变量子阱的阱层的Al组分。
可选地，所述应变量子阱的阱层的In组低于所述无应变量子阱层的阱层的In组分。
可选地，所述应变量子阱的带宽与所述无应变量子阱的带宽相同或近似。
可选地，所述应变补偿层的Al组分高于所述第一量子阱层的垒层的Al组分。
可选地，所述应变补偿层的In组分高于所述第一量子阱层的垒层的In组分。
可选地，所述第一量子阱的阱层的Al组分为10%-30%，垒层的Al组分为50%~70%。
可选地，所述应变量子阱的应变形式为张应变，应变量为2500PPM以上。较佳的，其应变量为10000PPM以上，例如10000~200000PPM。
可选地，所述应变量子阱的阱层为(AlxGa1-x)1-y InyP，其中Al组分X的取值为5~25%，In组分y的取值为0.2~0.5。
可选地，所述应变补偿层的应变形式为压应变，应变量为2500PPM以上。较佳的，其应变量为10000PPM以上，例如10000~200000PPM。
可选地，所述应力补偿层的材料为(AlxGa1-x)1-y InyP，其中Al组分x为0.7~1，In组分y为0.5~1。
可选地，应变补偿层的厚度为20~150nm。
可选地，所述各个应变量子阱的对数为1~20对。
本发明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，或者通过实施本发明而了解。本发明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
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为根据本发明实施的一种黄绿光发光二极管的结构示意图。
图2为图1所示发光二极管的能带示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
请参看图1，本发明第一个较佳实施例之一种黄绿光发光二极管，从下到上依次可以包括N型覆盖层130、有源层150、P型覆盖层170。可选的，N型覆盖层的一侧设置有生长衬底100、缓冲层110、反射层120等，在N型覆盖层1300与有源层150之间可以含有N型波导层140，在有源层150与P型覆盖层170之间可以设有P型波导层160，在P型覆盖层170上方设有窗口层180等，其中，衬底100可以为GaAs衬底，掺杂杂质可以为硅元素，掺杂浓度可以为10-18～2.5×10-18cm-3，厚度可以为300～360μm；缓冲层110可选用GaAs，掺杂杂质可以为硅元素，掺杂浓度可以为10-18～2.5×10-18cm-3，厚度可以为140～260nm。反射层120可以交替层叠的AlAs层和AlGaAs层。
具体的，N型覆盖层130和P型覆盖层170的材料根据有源层150的带隙进行选择，对于发光波长为670nm以下，特别是640nm以下的有源层，其带隙较大（一般为1.9eV以上），覆盖层需要采用高带隙材料，一般选用AlbIn1-bP材料(0＜b≤0.5)，在AlGaInP材料体系中，带隙最高的匹配材料为Al0.5In0.5P，因此在本实施例中，N型覆盖层130和P型覆盖层170均采用Al0.5In0.5P材料，因此可使得有源层150与P型覆盖层170之间带隙差最大化。可选的，N型覆盖层130的掺杂浓度可以为8×10-17～3×10-18cm-3，厚度可以为250～550nm；P型覆盖层170的掺杂浓度可以为8×10-17～10-18cm-3，厚度可以为400～600nm。
有源层150为多量子阱结构，其依次包括第一量子阱151、第二量子阱152、应变补偿层154和第三量子阱153，其中第一量子阱151为无应变量子阱，第二量子阱152、第三量子阱153为应变量子阱。通过调整应变量子阱的阱层Al组分或/和In组分，一方面实现有源层发射短波长光，另一方面实现应变，例如可以调整阱层的In组分或Al组分，实现短波同时实现使应变量子阱呈应变的状态。进一步的，在第二量子阱层152和第三量子阱层153之间插入一应变补偿层154，其应变形式与第一、第二量子阱的应变形式相反，用于防止出现晶格弛豫。较佳的，第二量子阱152和第三量子阱153各自不超过20对。
可选的，通过同时减少应变量子阱之阱层的Al组分和In组分，使得应变量子阱的带宽与第一量子阱（无应变量子阱）的带宽基本一致，同时呈张应变的状态，此时控制应变补偿层154的In组分，使其呈压应变的状态，如此应变量子阱（第二、第三量子阱）的阱层的Al组分和In组分分别低于第一量子阱层的阱层的Al组分和In组分，其应变量控制在2500PPM以上为佳，应变补偿层154的In组分分别高于第一量子阱层151的垒层的In组分，其应变量同样控制在2500PPM以上为佳。
在一个具体实施例中，第一量子阱151由(Alx1Ga1-x1)0.5In0.5P量子阱构成，其阱层的Al组分为10%-30%，垒层的Al组分为50%~70%，阱层和垒层的厚度为2~5nm，对数为1~20对，例如可以取10~15对，整个第一量子阱的总厚度为5~100nm；第二、第三量子阱由(Alx2Ga1-x2)1-yInyP量子阱构成，其中阱层的Al组分为5~25%，In组分取值为0.2~0.5，厚度为2~5nm，垒层的材料与第一量子阱的垒层一样，厚度为3~6nm，第二、第三量子阱的较佳对数分别控制在15对以内；应力补偿层154的材料为(Alx3Ga1-x3)1-yInyP，其中Al组分x3为0.7~1，In组分y为0.5~1，厚度为50~150nm为佳。在一个具体的实施例中，第一量子阱151的阱层为(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P，垒层为(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5，第二量子阱152、第三量子阱153的阱层为(Al0.2Ga0.8)0.7In0.3P，应变补偿层154为(Al0.8Ga0.2)0.3In0.7P，此情况下，应变量子阱（第二、第三量子阱）可实现一个大的应变，其应变量可以达到10000PPM以上，例如10000~20000PPM之间，相对就，应变补偿层的应变量也同样可以达到10000PPM以上。图2显示了本实施例的带宽分布图，从图中可看出，第一、第二、第三量子阱的带宽基本相同，如此保证了发光波长的一致性。
在本实施例，采用无应变量子阱和应变量子阱的组合，并在应变量子阱中插入应变补偿层防止出现晶格弛豫，减少了部分量子阱的Al组分，使得器件可靠性更强，同时提高量子阱对载流子的限制作用提高内量子效率。采用大应变量子阱，进一步提高AlGaInP体系黄绿光的内量子效率，同时使用应变补偿层防止量子阱应变弛豫产生缺陷。
在上面的实施例中，在无应变量子阱层之后设置了两个应变量子阱（第二、第三量子阱），该两个应变量子阱的结构、材料、组分等各项参数可以是相同的，也可以不相同，并在两个应变量子阱之间插入应变补偿层。在另一些实施例中，也可以在无应变量子阱上设置应变量子阱，该应变量子阱中插入一个或多个应变补偿层，例如在应变量子阱中均匀地插入多个应变补偿层，每隔设定厚度插入一层应变补偿层，间隔的厚度保证在临界厚度（参照前述说明）范围内，例如每3~10对应变量子阱插入一层应变补偿层，此时应变补偿层的厚度以20~50nm以佳。
很明显地，本发明的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本发明构思的所有可能的实施方式。

Claims (9)

1.一种黄绿光发光二极管，包括：第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层，其特征在于：所述有源层依次包含第一量子阱、第二量子阱、应变补偿层和第三量子阱，其中所述第一量子阱为(Alx1Ga1-x1)0.5In0.5P无应变量子阱，所述第二、第三量子阱为(Alx2Ga1-x2)1-y2Iny2P应变量子阱，其中x1>x2，y1>y2，所述应变量子阱的带宽与所述无应变量子阱的带宽相同。
2.根据权利要求1所述的黄绿光发光二极管，其特征在于：所述应变补偿层的Al组分高于所述第一量子阱层的垒层的Al组分。
3.根据权利要求1所述的黄绿光发光二极管，其特征在于：所述应变补偿层的In组分高于所述第一量子阱层的垒层的In组分。
4.根据权利要求1所述的黄绿光发光二极管，其特征在于：所述第一量子阱的阱层的Al组分为10%-30%，垒层的Al组分为50%~70%。
5.根据权利要求1所述的黄绿光发光二极管，其特征在于：所述应变量子阱的应变形式为张应变，应变量为2500PPM以上。
6.根据权利要求1所述的黄绿光发光二极管，其特征在于：所述应变量子阱的阱层为(AlxGa1-x)1-y InyP，其中Al组分X的取值为5~25%，In组分y的取值为0.2~0.5。
7.根据权利要求1所述的黄绿光发光二极管，其特征在于：所述应变补偿层的应变形式为压应变，应变量为2500PPM以上。
8.根据权利要求1所述的黄绿光发光二极管，其特征在于：所述应变 补偿层的材料为(AlxGa1-x)1-y InyP，其中Al组分x为0.7~1，In组分y为0.5~1。
9.根据权利要求1所述的黄绿光发光二极管，其特征在于：应变补偿层的厚度为20~150nm。
CN201711247866.2A 2017-12-01 2017-12-01 一种黄绿光发光二极管 Active CN108110101B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711247866.2A CN108110101B (zh) 2017-12-01 2017-12-01 一种黄绿光发光二极管
PCT/CN2018/114896 WO2019105204A1 (zh) 2017-12-01 2018-11-09 一种黄绿光发光二极管
TW107142090A TWI699008B (zh) 2017-12-01 2018-11-26 黃綠光發光二極體

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711247866.2A CN108110101B (zh) 2017-12-01 2017-12-01 一种黄绿光发光二极管

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108110101A CN108110101A (zh) 2018-06-01
CN108110101B true CN108110101B (zh) 2020-03-27

Family

ID=62208047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711247866.2A Active CN108110101B (zh) 2017-12-01 2017-12-01 一种黄绿光发光二极管

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN108110101B (zh)
TW (1) TWI699008B (zh)
WO (1) WO2019105204A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108110101B (zh) * 2017-12-01 2020-03-27 天津三安光电有限公司 一种黄绿光发光二极管
CN112838150B (zh) * 2020-12-31 2022-05-13 武汉光迅科技股份有限公司 发光二极管及其形成方法
CN114038958B (zh) * 2021-08-05 2023-03-24 重庆康佳光电技术研究院有限公司 发光芯片外延片及其制作方法、发光芯片

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3420087B2 (ja) * 1997-11-28 2003-06-23 Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 半導体発光素子
TW480751B (en) * 2001-04-09 2002-03-21 Uni Light Technology Inc Semiconductor light emitting diode based on off-cut substrate
TW550840B (en) * 2002-08-01 2003-09-01 Uni Light Technology Inc Light emitting diode device
TWI250664B (en) * 2004-01-30 2006-03-01 South Epitaxy Corp White light LED
CN101150153A (zh) * 2006-09-18 2008-03-26 中国科学院半导体研究所 一微米波长THz辐射发射芯片及其制作方法
KR100837404B1 (ko) * 2006-10-18 2008-06-12 삼성전자주식회사 반도체 광전 소자
CN101621108A (zh) * 2009-07-30 2010-01-06 厦门大学 基于InN/GaN应变量子阱紫外LED结构及其制备方法
CN102832306B (zh) * 2012-08-29 2015-09-30 扬州中科半导体照明有限公司 一种高亮度发光二极管的外延结构及其实现方法
CN103022297B (zh) * 2012-12-24 2015-04-08 中国电子科技集团公司第四十四研究所 大功率、耐伽玛辐照超辐射发光二极管
CN106057997B (zh) * 2016-06-28 2018-10-09 华灿光电(苏州）有限公司 一种黄绿光发光二极管的外延片及制备方法
CN106299058A (zh) * 2016-08-30 2017-01-04 扬州乾照光电有限公司 一种用于倒装红外发光二极管的外延片
CN108110101B (zh) * 2017-12-01 2020-03-27 天津三安光电有限公司 一种黄绿光发光二极管

Also Published As

Publication number Publication date
TWI699008B (zh) 2020-07-11
WO2019105204A1 (zh) 2019-06-06
TW201926737A (zh) 2019-07-01
CN108110101A (zh) 2018-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5804834A (en) Semiconductor device having contact resistance reducing layer
EP1248303B1 (en) Light-emitting device
KR101698629B1 (ko) 질화물 반도체 레이저 다이오드
JP5175918B2 (ja) 半導体発光素子
JP4892618B2 (ja) 半導体発光素子
US8451877B1 (en) High efficiency III-nitride light-emitting diodes
CN102136536A (zh) 应变平衡发光器件
CN109545916B (zh) 一种紫外led外延片结构及其制备方法
CN108110101B (zh) 一种黄绿光发光二极管
EP2365540B1 (en) Semiconductor light-emitting diode and method for manufacturing the same
JP2000228536A (ja) 発光ダイオード
TW201717429A (zh) 半導體發光元件
US10027090B2 (en) Laser diode chip
KR101916587B1 (ko) 변형 보정 층을 가지는 적외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법
JP2001298215A (ja) 発光素子
US20220367754A1 (en) Monolithic color-tunable light emitting diodes and methods thereof
JP5337862B2 (ja) 半導体発光素子
CN106206886B (zh) 发光二极管
KR20010068552A (ko) 질화물 발광 소자
JP5554387B2 (ja) 半導体発光素子
CN211629128U (zh) 一种新型改善黄绿光老化外延片结构
US11984533B2 (en) Light emitting device using a gallium nitride (GaN) based material
JP5615334B2 (ja) 半導体発光素子
US20040135165A1 (en) Radiation-emitting semiconductor component
JP5764184B2 (ja) 半導体発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant