CN1723574A - Led及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种量子点LED及其制造方法。该量子点LED包括：衬底，在衬底上形成的n－型半导体层，形成在n－型半导体层上并提供有多个孔洞的绝缘层，通过填充孔洞而形成的量子点，和在其中形成有量子点的绝缘层上形成的p－型半导体层。根据本发明的LED，量子点的尺寸和密度是可控的，从而使得LED的性质易于控制。同时，由于与使用量子阱的传统LED相比，可期待该LED具有高内部量子效率，因此可以得到高发光效率。

Description

LED及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种LED及其制造方法，更具体而言，涉及一种量子点及其制造方法，其中量子点人工形成于发光层内，从而使内部量子效率最大化，降低功率消耗并提高可靠性。
背景技术
图1示出一种发光二极管(以下称为“LED”)，其中量子阱层形成为发光层。
参照图1，该LED包括衬底1，和n-型半导体层2，量子阱层3，和p-型半导体层4，其按照指定顺序层叠于衬底1上。
在图1的LED中，当将正向偏压施加于LED上时，由n-型半导体层2提供电子，由p-型半导体层提供空穴，从而使得电子和空穴在量子阱层3中相互重新结合。在重新结合的过程中，LED发出的光所具有的能量，与量子阱的受激能级或能带差相对应。
此时，量子阱层3作为发光层，并因此与具有双异质结结构的LED相比，显示出高的内部量子效率，但实际上，该内部量子效率不超过10％。
最后，即使将该LED用作高功率LED，其缺点仍在于功率消耗高，产生大量的热，所产生的高温热度改变LED的特性并因此降低可靠性。
发明内容
因此，本发明致力于解决传统技术中的前述问题。
本发明的一个目的是提供一种LED及其制造方法，其中量子点形成于发光层内，并因此提高内部量子效率。
为了得到这些或者其他优点，并符合本发明的目的，如具体示例和广泛描述的，量子点LED的特征在于包括：衬底；在衬底上形成的n-型半导体层；形成在n-型半导体层上并提供有多个孔洞的绝缘层；通过填充该孔洞而形成的量子点；以及在其中形成有量子点的绝缘层上形成的p-型半导体层。
本发明的另一目的是提供一种量子点LED，其特征在于包括：衬底；在衬底上形成的n-型半导体层；形成在n-型半导体层上并提供有多个孔洞的第一绝缘层；通过填充该孔洞而形成的量子点；在其中形成有量子点的第一绝缘层上形成的阻挡层；形成在阻挡层上并如同第一绝缘层一样提供有孔洞和量子点的第二绝缘层；在第二绝缘层上形成的p-型半导体层。
而且，其间插入阻挡层形成的第一和第二绝缘层具有多层结构。
另外，阻挡层具有选自GaN、GaAs和GaP的其中之一。
此外，所述孔洞是纳米孔洞，其尺寸范围为1纳米-100纳米。
可替代的是，量子点由选自InGaN、InGaAs和InGaP的其中之一形成。
而且，量子点包括与p-型半导体层接触的上表面和与n-型半导体层接触的下表面。
另外，所述孔洞的尺寸和/或密度取决于绝缘层的沉积时间。
本发明的另一目的是提供一种制造量子点LED的方法，其特征在于包括以下步骤：在衬底上形成n-型半导体层；在n-型半导体层上沉积具有第一孔洞的第一绝缘层；填充第一绝缘层的第一孔洞，形成第一量子点；和在其中形成有量子点的第一绝缘层上沉积p-型半导体层。
而且，上述方法还可以包括以下步骤：(a)形成量子点之后，在其中形成有量子点的绝缘层上形成阻挡层；(b)在阻挡层上形成具有第二孔洞的第二绝缘层；和(c)填充第二绝缘层中的第二孔洞以形成第二量子点，其中步骤(a)、(b)和(c)至少重复一次。
另外，在沉积绝缘层的步骤中，尺寸和/或密度取决于绝缘层的沉积时间。
根据上述量子点LED，内部量子效率可得到提高，因此可以降低功率消耗和热辐射量，因而提高内部量子效率和可靠性。
附图说明
图1示出一种LED，其中量子阱层形成为发光层；
图2(a)和(b)是示出根据本发明的量子点LED制造方法的透视图；和
图3示出本发明的另一实施方案。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方案。
图2(a)和(b)是示出根据本发明的量子点LED制造方法的透视图。
首先，参照图2(a)，量子点LED包括衬底11，形成在衬底上且掺杂硅等的n-型半导体层12；和在n-型半导体层12上形成的绝缘层13。具体地，在绝缘层13内，形成有多个纳米孔洞。
例如，衬底11可以是蓝宝石衬底，n-型半导体层12可以是选自GaN、GaAs和GaP的其中之一。而且，绝缘层13可以是SiNx或SiO2。
接着，将详细描述纳米孔洞的形成流程。
通过多种方法，如MOCVD(金属有机化学气相沉积)，在n-型半导体层12上生长绝缘层13。在初始生长阶段，沉积绝缘层13的同时形成晶粒。随沉积过程的进行，绝缘层13的晶粒合并而使得其尺寸增大。在n-型半导体层的表面上未进行晶粒合并处，形成纳米孔洞131而非绝缘层13。
随绝缘层13生长过程的进行，纳米孔洞131的尺寸减小。因此，可通过控制绝缘层13的生长时间来形成所需尺寸的纳米孔洞131。优选纳米孔洞131的尺寸范围为1-100nm。
参照图2(b)，在纳米孔洞131生长到合适的尺寸后，将形成活性层的材料填充到纳米孔洞131中，从而形成量子点132。形成量子点132的材料可以为选自InGaN、InGaAs和InGaP的其中之一。
然后，在形成有量子点132的绝缘层13上形成掺杂镁(Mg)或锌(Zn)的p-型半导体层14。
此外，在n-型半导体层12和p-型半导体层14上形成电极(未示出)，并对电极施加偏压。
最后，如图2(b)所示，根据本发明的量子点LED在构造上包括衬底11、在衬底11上形成的n-型半导体层12、形成在n-型半导体层12上且其中包括许多量子点132的绝缘层13和在绝缘层13上形成的p-型半导体层14。
根据上述构造，量子点132的上表面与p-型半导体层14接触，量子点132的下表面与n-型半导体层12接触。因此，如果对本发明的LED施加正向偏压，则由n-型半导体层12提供的电子与由p-型半导体层14提供的空穴重新结合，以致光从量子点中发射出来。
由于量子点132形成如上，所以可以控制量子点132的尺寸和密度，以便能够容易控制LED的特性。而且，与使用量子阱层的传统LED相比，本发明的LED具有高的内部量子效率，从而能够进一步提高发光效率。
图3示出本发明的另一实施方案。
参照图3，本实施方案的LED在纳米孔洞(见图2中的131)和量子点(见图2中的132)的形成方法上与前述实施方案相同。
本实施方案的LED的制造方法与前述实施方案的LED的制造方法的差异在于：在其中形成有许多量子点132的绝缘层13形成之后，其还包括以下步骤：在绝缘层13上形成阻挡层15；和在阻挡层15上形成另一绝缘层。结果，绝缘层形成为其间插入阻挡层15的多层结构。
阻挡层15具有选自GaN、GaAs和GaP的其中之一。由于阻挡层15首先在量子点132的上表面生长，然后以水平方向生长，因此制成量子点132的可靠阻挡。
图3所示的最上层表示p-型半导体层14。在本实施方案中，包括三层绝缘层13，每一层都包含多个量子点132。
因此，形成两层或更多包含多个量子点的绝缘层13，从而可以进一步提高发光效率。
本发明的实质特征在于其中形成有量子点的量子点LED的构造和该LED的制造方法。
工业适用性
如前所述，根据本发明的量子点LED，量子点的尺寸和密度是可控的，从而易于控制LED的特性。
而且，与使用量子阱的传统LED相比，可期待高的量子效率，从而可以得到高的发光效率。
此外，高内部量子效率导致功率消耗降低，从而提高LED的可靠性。
虽然在此参照本发明的优选实施方案对本发明进行了描述和说明，然而，对本领域的技术人员来说很明显，可以在不背离本发明实质和范围的基础上进行多种修改和变换。因而，本发明旨在覆盖处于所附权利要求书及其等效条款范围内的对本发明进行的修改和变化。

Claims (12)

1.一种量子点LED，包括：
衬底；
在衬底上形成的n-型半导体层；
形成在n-型半导体层上并提供有多个孔洞的绝缘层；
通过填充孔洞而形成的量子点；
在其中形成有量子点的绝缘层上形成的p-型半导体层。
2.一种量子点LED，包括：
衬底；
在衬底上形成的n-型半导体层；
形成在n-型半导体层上并提供有多个孔洞的第一绝缘层；
通过填充孔洞而形成的量子点；
在其中形成有量子点的第一绝缘层上形成的阻挡层；
形成在阻挡层上并如第一绝缘层一样提供有有孔洞和量子点的第二绝缘层，；
在第二绝缘层上形成的p-型半导体层。
3.根据权利要求2的量子点LED，其中其间插入阻挡层而形成的第一和第二绝缘层具有多层结构。
4.根据权利要求2或3的量子点LED，其中所述阻挡层具有选自GaN、GaAs和GaP的其中之一。
5.根据权利要求1或2的量子点LED，其中所述孔洞是纳米孔洞。
6.根据权利要求1或2的量子点LED，其中所述孔洞的尺寸范围为1纳米-100纳米。
7.根据权利要求1或2的量子点LED，其中所述量子点是由选自InGaN、InGaAs和InGaP的其中之一所形成的。
8.根据权利要求1或2的量子点LED，其中所述量子点包括与p-型半导体层接触的上表面，和与n-型半导体层接触的下表面。
9.根据权利要求1或2的量子点LED，其中所述孔洞的尺寸和/或密度取决于绝缘层的沉积时间。
10.一种制造量子点LED的方法，该方法包括以下步骤：
在衬底上形成n-型半导体层；
在n-型半导体层上沉积具有第一孔洞的第一绝缘层；
填充第一绝缘层上的第一孔洞，形成第一量子点；和
在其中形成有量子点的第一绝缘层上沉积p-型半导体层。
11.根据权利要求10的方法，还包括以下步骤：
(a)在形成量子点的步骤之后，在其中形成有量子点的绝缘层上形成阻挡层；
(b)在阻挡层上形成具有第二孔洞的第二绝缘层；和
(c)填充第二绝缘层中的第二孔洞，形成第二量子点，
其中步骤(a)、(b)和(c)至少重复一次。
12.根据权利要求10或11的方法，其中在沉积绝缘层的步骤中，所述尺寸和/或密度取决于绝缘层的沉积时间。
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