CN108336199A - 一种氮化物发光二极管结构 - Google Patents

一种氮化物发光二极管结构 Download PDF

Info

Publication number
CN108336199A
CN108336199A CN201810194487.XA CN201810194487A CN108336199A CN 108336199 A CN108336199 A CN 108336199A CN 201810194487 A CN201810194487 A CN 201810194487A CN 108336199 A CN108336199 A CN 108336199A
Authority
CN
China
Prior art keywords
quantum well
layer
multiple quantum
well layer
quantum
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.)
Pending
Application number
CN201810194487.XA
Other languages
English (en)
Inventor
刘军林
莫春兰
张建立
王小兰
郑畅达
全知觉
江风益
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.)
NANCHANG HUANGLV LIGHTING CO Ltd
Nanchang University
Original Assignee
NANCHANG HUANGLV LIGHTING CO Ltd
Nanchang University
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 NANCHANG HUANGLV LIGHTING CO Ltd, Nanchang University filed Critical NANCHANG HUANGLV LIGHTING CO Ltd
Priority to CN201810194487.XA priority Critical patent/CN108336199A/zh
Publication of CN108336199A publication Critical patent/CN108336199A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/02Semiconductor 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
    • H01L33/04Semiconductor 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
    • H01L33/06Semiconductor 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/02Semiconductor 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
    • H01L33/12Semiconductor 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/02Semiconductor 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
    • H01L33/14Semiconductor 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 carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/02Semiconductor 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
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Landscapes

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

Abstract

本发明提供了一种氮化物发光二极管结构,包括衬底,在衬底上设有缓冲层,在缓冲层上依次设有N型层、准备层、第一多量子阱层、第二多量子阱层、P型电子阻挡层和P型层,所述第一多量子阱层包括第一多量子阱层的量子阱和第一多量子阱层的量子垒;所述第二多量子阱层包括第二多量子阱层的量子阱和第二多量子阱层的量子垒;所述第一多量子阱层的量子垒的厚度大于第二多量子阱层的量子垒的厚度。本发明通过减薄靠近P型层一侧的量子垒厚度,从而可有效减缓靠近P型层一侧发光阱的“量子限制斯塔克效应”,提升LED的内量子效率。

Description

一种氮化物发光二极管结构
技术领域
本发明涉及半导体材料,尤其是涉及一种氮化物发光二极管结构。
背景技术
发光二极管(LED)以其节能环保、可靠性高等显著特点得到人们广泛的关注和研究。在能源危机和环境危机日益加重的今天,众多国家和地区将LED照明技术列为国家发展战略。经过二十多年的研究和努力,LED外延生长技术、LED芯片制造技术以及LED封装技术均得到长足进步,使得LED被广泛用于显示屏、指示灯、景观照明、汽车灯、通用照明等很多领域。
氮化物LED的有源层一般为InGaN/GaN多量子阱垒结构,InGaN为量子阱,GaN为量子垒。GaN量子垒的作用一是为了将载流子限制在发光量子阱中,提升LED发光效率,二是在InGaN量子阱生长后,通过生长GaN量子垒修复材料质量,为生长下一个InGaN量子阱创造具有良好晶体质量和表面状态的生长条件,GaN量子垒越厚,则修复能力越强。然而,由于InGaN量子阱中较强极化电场的存在,使InGaN量子阱受到“量子限制斯塔克效应”的影响,导致InGaN量子阱能带倾斜,空穴和电子波函数空间分离,从而降低LED的内量子效率,GaN量子垒越厚,则量子限制斯塔克效应越严重,LED的内量子效率越低。通常情况下,氮化物LED中电子浓度显著高于空穴浓度,电子迁移率显著高于空穴迁移率,导致了在工作电流密度下,LED发光主要集中在靠近P型层的几个量子阱中,而靠近N型层的几个量子阱参与发光的比例很低。从以上分析可见,GaN量子垒的厚度设计存在矛盾关系,从修复材料质量的角度讲,需要GaN量子垒厚度大,而从减缓量子限制斯塔克效应的角度讲,又需要GaN量子垒厚度小。
发明内容
针对上述现有技术,本发明要解决的技术问题在于提供一种具有不同量子垒厚度的氮化物发光二极管结构。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种氮化物发光二极管结构,包括衬底,在衬底上设有缓冲层,在缓冲层上依次设有N型层、准备层、第一多量子阱层、第二多量子阱层、P型电子阻挡层和P型层,所述第一多量子阱层包括第一多量子阱层的量子阱和第一多量子阱层的量子垒;所述第二多量子阱层包括第二多量子阱层的量子阱和第二多量子阱层的量子垒;所述第一多量子阱层的量子垒的厚度大于第二多量子阱层的量子垒的厚度。
更进一步,所述第一多量子阱层是由InxGa(1-x)N量子阱和GaN量子垒组成的周期结构,其周期数为m,其中0≤x≤1,3≤m≤10,所述第一多量子阱层的GaN量子垒的厚度为h1,7nm≤h1≤20nm。
更进一步,所述第二多量子阱层是由InxGa(1-x)N量子阱和GaN量子垒组成的周期结构,其周期数为k,其中0≤x≤1,3≤k≤6,所述第二多量子阱层的GaN量子垒的厚度为h2,3nm≤h2≤12nm。
更进一步,所述P型电子阻挡层为掺Mg的AlzGa(1-z)N,其中0.1≤z≤0.3,掺Mg浓度为1×1018~5×1020cm-3
更进一步,所述衬底材料为硅、蓝宝石、碳化硅、砷化镓、氮化铝、磷化镓、氧化锌以及氮化镓的一种。
相比于现有技术,本发明的有益效果是:由于先生长的第一多量子阱层具有比后生长的第二多量子阱层更厚的GaN量子垒层,所以通过更厚的第一多量子阱层的GaN量子垒可以很好的修复生长InGaN量子阱带来的晶体质量下降,从而为第二多量子阱层生长提供良好的生长条件;同时LED的发光主要集中在第二多量子阱层,这样较薄的GaN量子垒可减缓发光阱的“量子限制斯塔克效应”,从而提升空穴在发光阱之间的隧穿几率,以及提升LED的内量子效率。
附图说明
图1为本发明一种氮化物发光二极管结构一种实施例的剖面图。
图2为本发明一种氮化物发光二极管结构另一种实施例的剖面图。
图示说明:100-衬底,200-缓冲层,300-N型层,400-准备层,500-第一多量子阱层,501- 第一多量子阱层的InxGa(1-x)N量子阱,502-第一多量子阱层的GaN量子垒,600-第二多量子阱层,601-第二多量子阱层的InxGa(1-x)N量子阱,602-第二多量子阱层的GaN量子垒,700-P型电子阻挡层,800-P型层。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步地说明。
如图1和2所示为一种氮化物发光二极管的结构示意图,该发光二极管包括衬底100,在衬底100上设有缓冲层200,在缓冲层200上依次设有N型层300、准备层400、第一多量子阱层500、第二多量子阱层600、P型电子阻挡层700和P型层800。
上述第一多量子阱层500包括:第一多量子阱层的InxGa(1-x)N量子阱501、第一多量子阱层的GaN量子垒502。具体来说,上述第一多量子阱层是由InxGa(1-x)N量子阱和GaN量子垒组成的周期结构,其周期数为m,其中0≤x≤1,3≤m≤10,还有上述第一多量子阱层的GaN量子垒502的厚度为h1,7nm≤h1≤20nm。
上述第二多量子阱层600包括:第二多量子阱层的InxGa(1-x)N量子阱601、第二多量子阱层的GaN量子垒602。具体来说,上述第二多量子阱层是由InxGa(1-x)N量子阱和GaN量子垒组成的周期结构,其周期数为k,其中0≤x≤1,3≤k≤6,还有上述第二多量子阱层的 GaN量子垒602的厚度为h2,3nm≤h2≤12nm。
上述准备层400为InxGa(1-x)N单层结构或InyGa(1-y)N/InzGa(1-z)N周期结构,其中0≤x≤ 0.15,0.01≤y≤0.15,0≤z≤0.05,InxGa(1-x)N层的厚度为hx,50nm≤hx≤300nm,InyGa(1-y)N/InzGa(1-z)N周期结构的周期数为j,10≤j≤100。
上述P型电子阻挡层700为掺Mg的AlzGa(1-z)N,其中0.1≤z≤0.3,掺Mg浓度为1×1018~5×1020cm-3
上述衬底材料为硅(Si)、蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、氮化铝(AlN)、磷化镓(GaP)、氧化锌(ZnO)以及氮化镓(GaN)的一种。
实施例1:
如图1所示,衬底100采用硅(Si)衬底,缓冲层200为AlN,N型层300为掺Si浓度2×1018~5×1018cm-3GaN,准备层400为厚度为80nm~100nm的In0.05Ga0.95N单层结构;第一多量子阱层500为4个周期的InxGa(1-x)N/GaN周期结构,其中GaN量子垒的厚度为15nm;第二多量子阱层600为4个周期的InxGa(1-x)N/GaN周期结构,其中GaN量子垒的厚度为10nm; P型电子阻挡层700为掺Mg浓度(1~5)×1019cm-3的Al0.2Ga0.8N;P型层800为掺Mg浓度 1×1020cm-3的GaN。
实施例2:
如图2所示,衬底100采用蓝宝石(Al2O3)衬底,缓冲层200为低温GaN,N型层300 为掺Si浓度5×1018~1×1019cm-3GaN;准备层400为In0.05Ga0.95N/GaN周期结构,周期数为 20~30;第一多量子阱层500为3个周期的InxGa(1-x)N/GaN周期结构,其中GaN量子垒的厚为10nm;第二多量子阱层600为5个周期的InxGa(1-x)N/GaN周期结构,其中GaN量子垒的厚度为7nm;P型电子阻挡层700为掺Mg浓度(5~10)×1019cm-3的Al0.15Ga0.85N;P型层 800为掺Mg浓度5×1019cm-3的GaN。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形、改进及替代,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种氮化物发光二极管结构,包括衬底,在衬底上设有缓冲层,在缓冲层上依次设有N型层、准备层、第一多量子阱层、第二多量子阱层、P型电子阻挡层和P型层,其特征在于:所述第一多量子阱层包括第一多量子阱层的量子阱和第一多量子阱层的量子垒;所述第二多量子阱层包括第二多量子阱层的量子阱和第二多量子阱层的量子垒;所述第一多量子阱层的量子垒的厚度大于第二多量子阱层的量子垒的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管结构,其特征在于:所述第一多量子阱层是由InxGa(1-x)N量子阱和GaN量子垒组成的周期结构,其周期数为m,其中0≤x≤1,3≤m≤10,所述第一多量子阱层的GaN量子垒的厚度为h1,7nm≤h1≤20nm。
3.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管结构,其特征在于:所述第二多量子阱层是由InxGa(1-x)N量子阱和GaN量子垒组成的周期结构,其周期数为k,其中0≤x≤1,3≤k≤6,所述第二多量子阱层的GaN量子垒的厚度为h2,3nm≤h2≤12nm。
4.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管结构,其特征在于:所述P型电子阻挡层为掺Mg的AlzGa(1-z)N,其中0.1≤z≤0.3,掺Mg浓度为1×1018~5×1020cm-3
5.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管结构,其特征在于:所述衬底材料为硅、蓝宝石、碳化硅、砷化镓、氮化铝、磷化镓、氧化锌以及氮化镓的一种。
CN201810194487.XA 2018-03-09 2018-03-09 一种氮化物发光二极管结构 Pending CN108336199A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810194487.XA CN108336199A (zh) 2018-03-09 2018-03-09 一种氮化物发光二极管结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810194487.XA CN108336199A (zh) 2018-03-09 2018-03-09 一种氮化物发光二极管结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108336199A true CN108336199A (zh) 2018-07-27

Family

ID=62930554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810194487.XA Pending CN108336199A (zh) 2018-03-09 2018-03-09 一种氮化物发光二极管结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108336199A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110854246A (zh) * 2019-11-15 2020-02-28 芜湖德豪润达光电科技有限公司 发光二极管和发光二极管制备方法
CN113394313A (zh) * 2020-03-13 2021-09-14 华为技术有限公司 一种led芯片及其制作方法、显示模组、终端

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130001512A1 (en) * 2010-03-08 2013-01-03 Nichia Corporation Nitride group semiconductor light emitting device including multiquantum well structure
CN103035791A (zh) * 2012-12-14 2013-04-10 华灿光电股份有限公司 一种发光二极管的外延片及其制造方法
KR20130120591A (ko) * 2012-04-26 2013-11-05 엘지디스플레이 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
CN105405939A (zh) * 2015-12-02 2016-03-16 华灿光电(苏州)有限公司 一种发光二极管及其制造方法
CN107134513A (zh) * 2017-04-27 2017-09-05 南昌大学 一种氮化物发光二极管结构
CN206921847U (zh) * 2017-07-21 2018-01-23 安徽三安光电有限公司 一种发光二极管

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130001512A1 (en) * 2010-03-08 2013-01-03 Nichia Corporation Nitride group semiconductor light emitting device including multiquantum well structure
KR20130120591A (ko) * 2012-04-26 2013-11-05 엘지디스플레이 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
CN103035791A (zh) * 2012-12-14 2013-04-10 华灿光电股份有限公司 一种发光二极管的外延片及其制造方法
CN105405939A (zh) * 2015-12-02 2016-03-16 华灿光电(苏州)有限公司 一种发光二极管及其制造方法
CN107134513A (zh) * 2017-04-27 2017-09-05 南昌大学 一种氮化物发光二极管结构
CN206921847U (zh) * 2017-07-21 2018-01-23 安徽三安光电有限公司 一种发光二极管

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110854246A (zh) * 2019-11-15 2020-02-28 芜湖德豪润达光电科技有限公司 发光二极管和发光二极管制备方法
CN113394313A (zh) * 2020-03-13 2021-09-14 华为技术有限公司 一种led芯片及其制作方法、显示模组、终端
WO2021180096A1 (zh) * 2020-03-13 2021-09-16 华为技术有限公司 一种led芯片及其制作方法、显示模组、终端

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110970533B (zh) 一种led倒装芯片的紫光外延结构及其制备方法
US7812337B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device and fabrication method thereof
CN107394019B (zh) 一种半导体发光元件及其制备方法
CN102185056A (zh) 提高电子注入效率的氮化镓基发光二极管
CN109360876A (zh) 一种发光二极管的外延片及其制备方法
CN101728472A (zh) 一种多层led芯片结构及其制备方法
CN108520913B (zh) 一种具有强极化空穴注入层的氮化物半导体发光二极管
CN103811609A (zh) 氮化物半导体发光二极管外延片、器件及其制备方法
CN104465898B (zh) 一种发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片
CN106328788B (zh) GaN基LED外延结构及其制造方法
CN103855263A (zh) 一种具有极化隧道结的GaN基LED外延片及其制备方法
CN105679900A (zh) 一种氮化镓基发光二极管及其制作方法
CN108336199A (zh) 一种氮化物发光二极管结构
CN104900778B (zh) 一种发光二极管外延片的生长方法及外延片
CN106711300B (zh) 一种InGaN基黄色发光二极管结构
CN105514239A (zh) 一种发光二极管
CN208014726U (zh) 一种氮化物发光二极管
CN103985799B (zh) 发光二极管及其制作方法
CN208315587U (zh) 一种氮化物发光二极管结构
JP2002222991A (ja) 半導体発光素子
CN111326626A (zh) 一种能够改善空穴传输能力的半导体发光器件
CN212848467U (zh) 一种micro-LED外延结构
CN208315588U (zh) 一种可增强空穴注入的发光二极管
CN1474464A (zh) 一种制作白光发光二极管的方法
CN101859841A (zh) 发光二极管

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
CB02 Change of applicant information

Address after: 330000 999, Xuefu Avenue, Nanchang, Jiangxi.

Applicant after: Nanchang University

Applicant after: Nanchang Silicon-based Semiconductor Technology Co., Ltd.

Address before: 330027 999, Xuefu Avenue, Nanchang, Jiangxi.

Applicant before: Nanchang University

Applicant before: Nanchang Huanglv Lighting Co., Ltd.

CB02 Change of applicant information