[发明专利]一种氮化镓基发光二极管及其外延生长方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电子器件制造技术领域，主要公开一种具有超晶格结构电子阻挡层的发光二极管及其外延生长方法。

背景技术

随着外延生长技术的提高，氮化镓基发光二极管的亮度和效率得到了明显的改善。但为了实现高性能发光二极管器件的工业化生产，进一步提高发光二极管的抗静电能力是十分关键的。研究者已经在实验上(参见文献[1])验证了在氮化镓基发光二极管的内部引入超晶格结构可以增加电子空穴的复合发光效率，并在理论和实验上(参见文献[2-5])证实了超晶格结构可以有效地提高发光二极管的抗静电能力。

将超晶格结构置于发光二极管中的p型氮化镓层和多量子阱有源区之间作为电子阻挡层时，一方面会因此增加二维空穴气的浓度，从而增大发光二极管的电子空穴的复合发光效率。另一方面，在超晶格电子阻挡层的厚度逐步增加的过程中，在多量子阱有源区表面由于蓝宝石衬底与氮化镓材料之间较大的晶格失配和热膨胀系数失配所引起的位错和缺陷会得到部分填充和补偿，从而使晶体质量得以提升，降低了电子顺着位错和缺陷越过有源发光区形成漏电沟道的可能性，因而可以提升发光二极管的抗静电能力。

此外，超晶格电子阻挡层厚度的增加不仅可以提高发光二极管的抗静电能力，还可以有效地降低发光二极管的正向工作电压，并且提升发光效率。但是，由于过厚的电子阻挡层会增大整个p型氮化镓欧姆接触层的电阻率，从而导致发光二极管的正向工作电压增高，能量损耗增加，发光效率降低。因此，寻求一个最佳设计的超晶格电子阻挡层（包括重复周期数、各层厚度和组分等结构参数）就成为进一步提高发光二极管电学及光学性能的关键因素之一。

参考文献

[1]C.Liu,T.Lu,L.Wu,H.Wang,Y.Yin,G.Xiao,Y.Zhou,S.Li,“Enhanced Performance of Blue Light-Emitting Diodes With InGaN-GaN Superlattice as Hole Gathering Layer”,IEEE Photonics Technology Lett.Vol.24,NO.14,July15,2012.

[2]何清华，田艳，“一种提高氮化镓基发光二极管芯片抗静电能力的外延生长方法”，中国专利，授权号：CN100470865C，授权日期：2009-03-18。

[3]H.J.Kim,S.Choi,S.S.Kim,J.H.Ryou,P.D.Yoder,R.D.Dupuis,A.M.Fischer,K.W.Sun,F.A.Ponce,“Improvement of quantum efficiency by employing active-layer-friendly lattice-matched InAlN electron blocking layer in green light-emitting diodes”,Appl.Phys.Lett.96(2010)101102.

[4]S.Choi,H.J.Kim,S.S.Kim,J.Liu,J.Kim,J.H.Ryou,R.D.Dupuis,A.M.Fischer,F.A.Ponce,“Improvement of peak quantum efficiency and efficiency droop in III-nitride visible light-emitting diodes with an InAlN electron-blocking layer”,Appl.Phys.Lett.96(2010)221105.

[5]K.Kumakura,N.Kobayashi,“Increased Electrical Activity of Mg-Acceptors inAlxGa1-xN-GaN Superlattices”,Jpn.J.Appl.Phys.38(1999),L1012.

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