[发明专利]一种新型结构的大功率氮化镓基LED

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓基发光二极管，尤其涉及一种大功率氮化镓基发光二极管的结构。

背景技术

半导体照明LED具有寿命长、节能、环保等显著优点，被认为是继白炽灯、荧光灯之后又一次照明技术的革命，是目前国际上半导体和照明领域研发和产业关注的焦点，拥有巨大的应用前景。

现有的氮化镓基发光二极管，其传统结构为以蓝宝石为衬底，然后在蓝宝石衬底的一侧，依次从下而上分别设置一N型氮化镓接触层、一氮化铟镓发光层、一P型氮化镓接触层，最后，于P型氮化镓接触层和N型氮化镓接触层上分别设置一正电极和负电极。在此传统结构下的氮化镓基发光二极管，其发光层主要是以氮化铟镓(In_xGa_1-xN，x＝0～1)为势阱(Potential Well)的多重量子阱(Multi-quantum Well)结构，电子和空穴在势阱结合而释放出光子。

但是，GaN基LED目前还没有进入通用照明领域，其中一个主要原因在于，随着工作电流增加，目前的GaN基LED发光效率会急剧下降。这极大的限制了大功率发光二极管的发展。

目前采用的N-型有源层是最为常用的LED结构之一，由于有源区和P-GaN层中间有一AlGaN电子阻挡层，其在阻挡电子的同时，也限制了空穴向有源区的注入，这在大电流下尤为明显。同时，由于GaN系列材料为极性半导体材料，在内建电场的作用下，电子占据在单个量子阱中靠近p区一侧，空穴占据在靠近n区一侧，由于电子阻挡层的作用，空穴和电子主要占据在靠近p区的最后一个量子阱中，这就使得电子空穴复合发光主要是在最后一个量子阱中进行，很大程度上制约着光电转换效率。

例如，申请号为200910111881.3的中国发明申请公开说明书公开了一种通过激光器的外延结构和传统二极管的制备方法来实现较高的出光效率和输出功率的GaN基多量子阱超辐射发光二极管，设有蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上外延生长多层异质结构，多层异质结构自下而上设有低温GaN缓冲层、N型GaN电极接触层、N型AlGaN/GaN超晶格光限制层、N型GaN波导层、InGaN/GaN多量子阱有源层、P型AlGaN电子阻挡层、P型GaN波导层、P型AlGaN/GaN超晶格光限制层、P型GaN层和P型InGaN/AlGaN超晶格电极接触层，在N型GaN电极接触层上设有N型电极，在P型InGaN/AlGaN超晶格电极接触层上设有P型电极。

为了提高空穴的注入效率，提高光电转换效率，需要设计新型的LED结构。

发明内容

本发明目的是提供一种新型结构的大功率氮化镓基的发光二极管(LED)。

为达到上述目的，本发明具体技术方案是，一种新型结构的大功率氮化镓基的发光二极管(LED)，包括：

衬底、N型氮化镓(n-GaN)层、氮化铝镓(AlGaN)阻挡层、氮化铟镓/氮化镓(InGaN/GaN)多量子阱有源层、P型氮化镓(p-GaN)层、P⁺-氮化铟镓(P⁺-InGaN)导电层、氧化铟钛(ITO)电极层、二氧化硅(SiO₂)钝化层、P电极和N电极，其特征在于，其中，所述氮化铝镓阻挡层为空穴阻挡层；所述氮化铟镓/氮化镓多量子阱有源层为非对称多量子阱有源层，所述非对称多量子阱有源层中阱宽大小自下而上逐渐减小；所述N型氮化镓层呈高低台阶状，具有高台面和低台面；所述N电极设置在N型氮化镓层的低台面上；

所述大功率氮化镓基的发光二极管自下而上的结构为：衬底、设置在衬底上的N型氮化镓层、设置在N型氮化镓层的高台面上的氮化铝镓空穴阻挡层、设置在空穴阻挡层上的非对称多量子阱有源层、设置在非对称多量子阱有源层上的P型氮化镓层、设置在P型氮化镓层上的P⁺-氮化铟镓导电层、设置在P⁺-氮化铟镓导电层上的氧化铟钛电极层；所述P电极设置在氧化铟钛电极层中间；

所述二氧化硅钝化层设置在整个发光二极管的上表面和侧表面上，具体地，二氧化硅钝化层设置在氧化铟钛电极层的表面、N型氮化镓层的低台面以及氧化铟钛电极层、P⁺-氮化铟镓导电层、P型氮化镓层、非对称多量子阱有源层、氮化铝镓空穴阻挡层的侧面。

上述技术方案中，氮化铝镓(AlGaN)阻挡层位于N型氮化镓层(n-GaN)之上，氮化铟镓/氮化镓多量子阱有源层之下；并且氮化铝镓(AlGaN)阻挡层为空穴阻挡层，可以选自：不掺杂或者低浓度n型掺杂的氮化铝镓层；因此，有源区位于pn结的p区位置，实现空穴有效地注入有源区。