[发明专利]不含磷的基于氮化物的红和白发光二极管的制造

说明书

技术领域

本发明概括来说涉及用于发光二极管的多量子阱结构，以及用于发光二极管 的多量子阱结构的制造方法。

背景技术

发光二极管(LEDs)可以充当光源，并且通常用在诸如室外全色显示器、交 通信号灯、数据存储、固态发光和通信等应用中。典型地，基于三族氮化物的LED 发出的光的波长对应于活性氮化铟镓/氮化镓(InGaN/GaN)多量子阱(MQW)层 的带隙。当在GaN层的p-n结两端施加偏压时发光。在LED中，孔洞和由p型和 n-GaN层注入的电子在活性层上结合以从LED表面发光。

InGaN/GaN MQW的外延生长在实践中，例如当在长波应用(诸如绿色或黄色 LED)中加入高含量的In时，是一种挑战。此外，在通过加入更多的In使发光 波长变大时，光的输出效率通常下降。生长温度的降低会导致In的加入量增加， 但是这种低温通常导致光致发光(PL)强度的下降，因为晶体质量降低了。

已经开发了InGaN量子点来提高LED中的量子效率(参见例如CHOL等人的 WO 2004/054006 A1)。LED发出的颜色可以通过控制量子点大小从蓝色调节至橙 色(参见例如Grandjean等人的US 6445009B1)。DenBaars等人在US2006/0255347 A1中描述了在GaN中掺杂一种或多种稀土过渡元素来获得具有各种色泽的可调 LED。这些过渡元素包括Cr、Ti和Co，并且提出利用这些元素的组合能够产生白 光。然而，实际上难以控制植入MQW结构的薄活性层的深度。

Chua等人在US2004/0023427A1中描述了利用结合在LED的MQW结构的阱层 中的InGaN量子点发射白光。然而，在进行现场高温退火以活化掺杂磷的镁(Mg) 时量子点向外扩散到阱或势垒层中。这通常导致MQW层轮廓不分明。因此，由量 子点带来的限制效果会打折扣。此外，在US 2004/0023427A1中，LED发出的颜 色不能得到精确控制，从而导致LED的白度发生变化。

当前，通常基于磷化铝镓铟(AllnGap)材料获得可见的红-橙和黄光源，而 通常利用基于GaN的材料系统制造亮绿色、蓝色和紫色LED。然而，在当前技术 中，基于GaN的LED具有红色发射光并不被知晓，而这种红色发射光通常被要求 用来提供红色成分以产生白光。

为了从LED中生成白光，通常采用分别单独发红、绿和蓝光的LED的组合。 或者，单独的蓝色和黄色LED被结合用于产生白光。一个缺陷是要采用由不同材 料制成的多个LED来产生白光，这增加了制造技术的复杂性和整体制造成本。所 得到的设备通常使用复杂的控制电子器件，因为不同的二极管类型采用不同的应 用电压。此外，所用材料(例如用于红色发光的AllnGaP和用于绿色和蓝色发光 的InGaN)的退化速率不同，通常影响到所获得的白光的可靠度或质量。由于磷 的退化，上述可靠度/质量问题也出现在利用涂覆黄磷的蓝色LED来产生白光的 替换性制造方法中。另外，磷的使用通常增加了生产成本，并且由于磷内的吸收 而降低了外部量子效率。

因此，需要一种用于发光二极管的多量子阱结构(MQW)和用于制造发光二 极管的MQW结构的方法来解决上述问题中的至少一个。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于发光二极管的多量子阱(MQW)结 构，该MQW结构包括多个量子阱结构，每个量子阱结构包括：势垒层；以及形成 于势垒层上的阱层，所述阱层中嵌有量子点纳米结构，势垒层和阱层包括第一基 于金属氮化物的材料，其中量子阱结构中的至少一个还包括形成于阱层上的盖 层，该盖层包括第二基于金属氮化物的材料，所述第二基于金属氮化物的材料具 有与第一基于金属氮化物的材料不同的金属元素。

各量子阱结构还可以包括浸润层，其形成于势垒层和阱层之间以增强量子点 纳米结构的形成。

量子阱结构中的至少一个还可以包括形成于所述盖层上的第二盖层，所述第 二盖层包括第三基于金属氮化物的材料，所述材料具有与第二基于金属氮化物的 材料不同的金属成分。

MQW结构还可以包括形成于该多个量子阱结构中的最外例那个上的p型触点 结构，该p型触点结构可以包括电子阻挡层和形成于该电子阻挡层上的p型金属 氮化物层。

P型金属氮化物层可以包括铟(In)材料。

可以利用介于约750℃-800℃之间的温度形成该p型金属氮化物层。