CN204596827U - 一种可以提高光效的半导体发光器件 - Google Patents
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Abstract
一种可以提高光效的半导体发光器件，包括：衬底，形成于所述衬底上的N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层；所述N型氮化镓层表面形成有若干个间隔布置的凹坑，N型氮化镓层上单位面积内分布的凹坑的面积小于10％。本实用新型在量子阱生长前通过引入有规律分布的凹坑，使得后续覆盖的P型氮化镓层能够在整个量子阱区域提供空穴载流子，从而使空穴能够均匀的扩散至更多的靠近N型氮化镓层的量子阱，提高发光效率。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体发光器件技术领域，尤其涉及一种Ⅲ族氮化物半导体器件。
背景技术
半导体发光器件的出现带来了能覆盖可见光谱以及更高的发光效率和固态稳定的光源。半导体发光器件，如发光二极管(LED)或激光二极管等在很多领域中已被广泛使用。发光二极管或激光二极管通常包括在微电子衬底上以及衬底上的由外延工艺制造的氮化物半导体层，该衬底可以是砷化镓，磷化镓，碳化硅和/或蓝宝石。基于Ⅲ族氮化物半导体的可见光发光二极管，因其具有使用寿命长、节能、环保、可靠性高等优点，近年来在户内外彩色显示、背光和照明等领域的应用普及越来越高。
通常，LED外延结构包括衬底、未掺杂的GaN层、N型导电层、过渡层、多量子阱发光层、电子阻挡层、P型导电层、P型接触层(P电极)以及N型接触层(N电极)。图1是现有技术中的一种Ⅲ族氮化物半导体发光器件的结构示意图。该Ⅲ族氮化物半导体器件包括衬底10、在衬底10上外延生长的缓冲层20、在缓冲层20上外延生长的N型导电层30、在N型导电层30上外延生长的发光层40、在发光层40上外延生长的P型导电层50、在P型导电层50上形成的P侧电极60以及在N型导电层30上形成的N侧电极80。N型导电层或P型导电层可构建为单层或多层。
发光层通过电子和空穴的复合产生光量子(光)，通常发光层含有IN(x)Ga(1-x)N(0＜x≤1)，并具有单量子阱层或多量子阱层。由于空穴载流子在氮化镓材料中的有效质量较大，且空穴浓度较低，导致空穴不能很有效的从P型导电层扩散到发光层中的所有量子阱中，其分布仅局限于靠近P型导电层的一到两个量子阱，此种空穴在多量子阱层中的不均匀分布降低了电子与空穴的辐射复合几率，从而限制了发光效率。
目前，提高量子阱的内量子效率成为提高Ⅲ族氮化物半导体器件性能的关键，因此提高空穴在多量子阱中的分布均匀性成为技术研究热点之一。专利号为US8853668B2的美国专利中提到了在N型层上位错的顶部形成V型凹坑的生长现象，但该专利并未提及凹坑对于提高发光效率的作用，亦未提及凹坑密度及大小的控制方法。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种通过控制N型氮化镓层上凹坑的密度来提高空穴的分布均匀性，从而提高发光效率的半导体发光器件。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：
一种可以提高光效的半导体发光器件，包括：衬底，形成于所述衬底上的N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层；所述N型氮化镓层表面形成有若干个间隔分布的凹坑，N型氮化镓层上单位面积内凹坑所占比例小于10％。
本实用新型的半导体发光器件的N型氮化镓层单位面积内凹坑所占比例为5～10％。
本实用新型的半导体发光器件的凹坑的横截面形状为正六边形。
本实用新型的半导体发光器件的六边形的对角线长度为0.1～0.5微米。
本实用新型的半导体发光器件的凹坑的竖截面形状为倒梯形。
本实用新型的半导体发光器件的半导体发光器件，其特征在于：所述发光层沿着凹坑的形状形成，所述P型氮化镓层将所述凹坑完全覆盖。
本实用新型的半导体发光器件的半导体发光器件，其特征在于：相邻凹坑之间的间距满足单位面积内分布的凹坑所占比例小于10％。
本实用新型的半导体发光器件的衬底为蓝宝石或碳化硅或硅或同质氮化镓。
由以上技术方案可知，本实用新型在量子阱生长前通过在N型氮化镓层上引入有规律分布的凹坑，使得后续覆盖的P型导电层能够在整个量子阱区域提供空穴载流子，从而使空穴能够均匀的扩散至更多的靠近N型半导体层的量子阱，提高发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中一种Ⅲ族氮化物半导体发光器件的结构示意图；
图2为本实用新型N型氮化镓层的示意图；
图3为本实用新型凹坑的示意图；
图4为本实用新型半导体发光器件的局部结构示意图。
具体实施方式
与现有技术相同，本实用新型的半导体发光器件包括衬底、依次层叠形成于衬底上的N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，N电极及P电极通过微合金工艺分别与N型氮化镓层及P型氮化镓层形成欧姆接触。本实用新型的衬底可为蓝宝石、碳化硅、硅、同质氮化镓等常用的用于氮化镓外延材料生长的衬底。
如图1所示，本实用新型在N型氮化镓层1上形成有若干个间隔布置的凹坑1a，凹坑1a采用光刻及干法刻蚀工艺刻蚀在N型氮化镓层1上，凹坑1a的横截面形状为正六边形，六边形的对角线长度a为0.1～0.5微米。如图2所示，凹坑1a的竖截面形状为上宽下窄的倒梯形。N型氮化镓层上单位面积内分布的凹坑的面积小于10％，单位面积内凹坑面积所占百分比可为5～10％。相邻凹坑之间的间距d(凹坑中心与相邻凹坑中心之间的距离)满足单位面积内分布的凹坑面积不超过10％。
本实用新型的半导体发光器件在衬底上采用现有工艺条件生长常见的结晶层、GaN底层及N型氮化镓层，在N型氮化镓层上采用光刻及干法刻蚀工艺刻蚀形成若干个间隔分布的凹坑，在刻蚀完之后，返回外延炉，继续生长后续的发光层和P型氮化镓层，发光层沿着凹坑的形状形成，但是不掩埋凹坑，由P型氮化镓层将凹坑完全覆盖，如图3所示。N型氮化镓层上的凹坑通常会产生在发光层沉积之前的底层中线位错之上，并存在于整个发光层生长过程中。由于凹坑的存在，后续生长的P型氮化镓层在覆盖凹坑时会将P型氮化镓层掺杂的Mg引入发光层区域，在活化之后，生成的空穴载流子将存在于整个多量子阱层发光区域，从而提高发光效率。本实用新型通过N型氮化镓层图案化的方法有序的控制凹坑的密度、排列及大小，来提高空穴在多量子阱层中的分布均匀性，提高量子阱的发光效率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。
Claims (8)
1.一种可以提高光效的半导体发光器件，包括：衬底，形成于所述衬底上的N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层；
其特征在于：
所述N型氮化镓层表面形成有若干个间隔分布的凹坑，N型氮化镓层上单位面积内凹坑所占比例小于10％。
2.如权利要求1所述的可以提高光效的半导体发光器件，其特征在于：所述N型氮化镓层单位面积内凹坑所占比例为大于等于5％，且小于10％。
3.如权利要求1或2所述的可以提高光效的半导体发光器件，其特征在于：所述凹坑的横截面形状为正六边形。
4.如权利要求3所述的可以提高光效的半导体发光器件，其特征在于：所述六边形的对角线长度为0.1～0.5微米。
5.如权利要求1所述的可以提高光效的半导体发光器件，其特征在于：所述凹坑的竖截面形状为倒梯形。
6.如权利要求1所述的可以提高光效的半导体发光器件，其特征在于：所述发光层沿着凹坑的形状形成，所述P型氮化镓层将所述凹坑完全覆盖。
7.如权利要求1或4所述的可以提高光效的半导体发光器件，其特征在于：相邻凹坑之间的间距满足单位面积内分布的凹坑所占比例小于10％。
8.如权利要求1所述的可以提高光效的半导体发光器件，其特征在于：所述衬底为蓝宝石或碳化硅或硅或同质氮化镓。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN107134513A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-09-05 | 南昌大学 | 一种氮化物发光二极管结构 |
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2014
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