CN101359711A - 一种绿光发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种绿光发光二极管，包括含一***层的InxGa1－xN/GaN多量子阱，其中0.15≤x≤0.35。所述***层是InyGa1－yN，其中x＜y≤1或是AlyGa1－yN，其中0＜y≤1或是IncAl1－cN，其中x＜c≤1或是AlaInbGa1－a－bN，其中0＜a＜1，0＜b＜1，并且a，b的取值需满足AlaInbGa1－a－bN的势垒高于GaN的势垒；所述***层的厚度是0.1～5nm；所述InxGa1－xN/GaN多量子阱的量子阱数目为1～20。此类二极管能减少InGaN和GaN间的V型缺陷，并减少In组分的析出，是一种高亮度、抗静电能力强的绿光发光二极管。
Description
技术领域
本发明涉及光电半导体领域，尤其涉及一种绿光发光二极管。
背景技术
GaN基III-V族氮化物是重要的直接带隙的宽禁带半导体材料。GaN基材料具有优异的机械和化学性能，优异的光电性质，室温下其带隙范围从0.7eV(InN)到6.2eV(AlN)，发光波长涵盖了远红外，红外，可见光，紫外光，深紫外，GaN基材料在蓝光，绿光，紫光及白光二极管等光电子器件领域有广泛的应用背景。
近几年GaN基蓝光LED的外量子效率获得重大提高，达到45％左右(参见：Appl.Phys.Lett.，89，071109等)，但是绿光发光二极管的外量子效率相对于GaN基蓝光LED低得多(参见：Appl.Phys.Lett.，86，101903等)。绿光发光二极管需要高质量高In组分的InxGa1-xN/GaN量子阱(x≥15％)，然而由于高In组分的InGaN材料容易发生In的相分离，并且InxGa1-xN/GaN多量子阱的界面容易产生大量的V型缺陷，是绿光LED外量子效率低，抗静电能力差的主要原因。
为了克服现有技术中的上述问题，本发明的发明人在发光二极管领域进行了广泛深入的研究，终有本发明的产生。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述技术问题提出了通过在外延生长InGaN/GaN量子阱中引入一层***层来构成一种绿光发光二极管，此类二极管能减少InGaN和GaN间的V型缺陷，并减少In组分的析出，是一种高亮度、抗静电能力强的绿光发光二极管。
一种绿光发光二极管，包括含一***层的InxGa1-xN/GaN多量子阱，其中0.15≤x≤0.35。
作为本发明的一种优选方案，所述***层是InyGa1-yN，其中x＜y≤1。
作为本发明的另一种优选方案，所述***层是AlyGa1-yN，其中0＜y≤1。
作为本发明的再一种优选方案，所述***层是IncAl1-cN，其中x＜c≤1。
作为本发明的再一种优选方案，所述***层是AlaInbGa1-a-bN，其中0＜a＜1，0＜b＜1并且a，b的取值需满足AlaInbGa1-a-bN的势垒高于GaN的势垒。
作为本发明的再一种优选方案，所述***层的厚度是0.1～5nm。
作为本发明的再一种优选方案，所述InxGa1-xN/GaN多量子阱的量子阱数目为1～20。
本发明通过在外延生长InGaN/GaN量子阱中引入一层***层来构成一种绿光发光二极管，此类二极管能减少InGaN和GaN间的V型缺陷，并减少In组分的析出，是一种高亮度、抗静电能力强的绿光发光二极管，引入***层后，300微米×300微米的520nm的绿光LED芯片的20mA下的亮度由100mcd升高至250mcd，芯片的抗静电能力由人体模式500V提高至人体模式4000V。
以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
其中，1、蓝宝石衬底，2、GaN成核层，3、非掺杂GaN层，4、n型GaN层，5、InGaN/GaN多量子阱有源层，其中5a为InGaN阱层，5b为***层，5c为GaN垒层，量子阱数目为1～20，6、p型AlGaN载流子阻挡层，7、p型GaN层。
图2是本发明与普通绿光发光二极管的光功率与电流曲线的对比示意图。
其中，曲线1是本发明含***层的多量子结构的发光二极管的光功率与电流曲线；曲线2是无***层的多量子阱结构的发光二极管的光功率与电流曲线。
具体实施方式
一种绿光发光二极管，包括含一***层的InxGa1-xN/GaN多量子阱，其中0.15≤x≤0.35。
所述***层是InyGa1-yN，其中x＜y≤1；所述***层是AlyGa1-yN，其中0＜y≤1；所述***层是IncAl1-cN，其中x＜c≤1；所述***层是AlaInbGa1-a-bN，其中0＜a＜1，0＜b＜1并且a，b的取值需满足AlaInbGa1-a-bN的势垒高于GaN的势垒；所述***层的厚度是0.1～5nm；所述InxGa1-xN/GaN多量子阱的量子阱数目为1～20。
一种生长MOCVD生长氮化物发光二极管的外延片的外延方法，它采用MOCVD方法，用高纯NH3作N源，三甲基镓或三乙基镓作镓源，三甲基铟作铟源，三甲基铝作铝源，硅烷作n型掺杂剂，二茂镁作p型掺杂剂；首先在MOCVD反应室里高温下用H2处理蓝宝石衬底表面，然后降温生长低温成核层，接着在高温下生长GaN缓冲层，包括非掺杂GaN层及掺Si的n型GaN层；然后在GaN缓冲层上先后外延器件结构，包括InGaN/GaN多量子阱，p型AlGaN电子阻挡层及p型GaN层，所述的InGaN/GaN多量子阱中存在一***层。包含***层的InGaN/GaN多量子阱适用于但不局限于绿光发光二极管。包含***层的InxGa1-xN/GaN多量子阱的***层可以是InyGa1-yN，其中x＜y≤1，该层的厚度0.1～5nm；也可以是AlyGa1-yN，其中0＜y≤1，该层的厚度为0.1～5nm；
实施例1
利用MOCVD设备外延生长高亮度的绿光发光二极管，所用的衬底为(001)面的蓝宝石。如图1所示，首先在MOCVD反应室中将蓝宝石衬底1加热到1200℃，在H2下处理5min，然后温度降低到500～600℃生长GaN成核层2，厚度约30nm；然后温度升至1160℃，H2作载气，以3.0微米/小时的生长速率外延生长4微米厚的GaN缓冲层，其中包括0.5微米厚的非故意掺杂GaN层3和3.5微米厚的掺Si的n型GaN缓冲层4，硅的掺杂浓度在5×1017cm-3至5×1019cm-3之间；然后将温度降低到650～750℃间，载气切换为N2，在该缓冲层上生长5个In0.2Ga0.8N(2.5nm)/In0.8Ga0.2N(0.5nm)/GaN(10nm)，其中TEGa的摩尔流量为0.1×10-5摩尔/分钟至1.5×10-5摩尔/分钟，TMIn的摩尔流量为5×10-5摩尔/分钟至10×10-5摩尔/分钟之间，NH3的流量为12升/分钟，然后把温度升高至1000～1100℃，H2做载气，生长25nm厚的p型Al0.15Ga0.85N和200nm厚的p型GaN层，Mg掺杂浓度在5×1019cm-3至5×1020cm-3之间。
实施例2
利用MOCVD设备外延生长高亮度的绿光发光二极管，所用的衬底为(001)面的蓝宝石。如图1所示，首先在MOCVD反应室中将蓝宝石衬底1加热到1200℃，在H2下处理5min，然后温度降低到500～600℃生长GaN成核层2，厚度约30nm；然后温度升至1160℃，H2作载气，以3.0微米/小时的生长速率外延生长4微米厚的GaN缓冲层，其中包括0.5微米厚的非故意掺杂GaN层3和3.5微米厚的掺Si的n型GaN缓冲层4，硅的掺杂浓度在5×1017cm-3至5×1019cm-3之间；然后将温度降低到650～750℃间，载气切换为N2，在该缓冲层上生长5个In0.2Ga0.8N(2.5nm)/Al0.8Ga0.2N(0.5nm)/GaN(10nm)，其中TEGa的摩尔流量为0.1×10-5摩尔/分钟至1.5×10-5摩尔/分钟，TMIn的摩尔流量为5×10-5摩尔/分钟至10×10-5摩尔/分钟之间，TMAl的摩尔流量为1.0×10-5摩尔/分钟，NH3的流量为12升/分钟，然后把温度升高至1000～1100℃，H2做载气，生长25nm厚的p型Al0.15Ga0.85N和200nm厚的p型GaN层，Mg掺杂浓度在5×1019cm-3至5×1020cm-3之间。
本发明通过在外延生长InGaN/GaN量子阱中引入一层***层来构成一种绿光发光二极管，此类二极管能减少InGaN和GaN间的V型缺陷，并减少In组分的析出，是一种高亮度、抗静电能力强的绿光发光二极管，引入***层后，300微米×300微米的520nm的绿光LED芯片的20mA下的亮度由100mcd升高至250mcd，芯片的抗静电能力由人体模式500V提高至人体模式4000V。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，因此不能仅以此来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (7)
1、一种绿光发光二极管，其特征在于：所述绿光发光二极管包括含一***层的InxGa1-xN/GaN多量子阱，其中0.15≤x≤0.35。
2、如权利要求1所述的绿光发光二极管，其特征在于：所述***层是InyGa1-yN，其中x＜y≤1。
3、如权利要求1所述的绿光发光二极管，其特征在于：所述***层是AlyGa1-yN，其中0＜y≤1。
4、如权利要求1所述的绿光发光二极管，其特征在于：所述***层是IncAl1-cN，其中x＜c≤1。
5、如权利要求1所述的绿光发光二极管，其特征在于：所述***层是AlaInbGa1-a-bN，其中0＜a＜1，0＜b＜1并且a，b的取值需满足AlaInbGa1-a-bN的势垒高于GaN的势垒。
6、如权利要求1所述的绿光发光二极管，其特征在于：所述***层的厚度是0.1～5nm。
7、如权利要求1所述的绿光发光二极管，其特征在于：所述InxGa1-xN/GaN多量子阱的量子阱数目为1～20。
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