氮化物發(fā)光二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氮化物發(fā)光二極管，其根據(jù)光學(xué)各向異性的原理，結(jié)合應(yīng)力對(duì)MQW的o光的介電常數(shù)虛部ε2和躍遷機(jī)率影響的原理，通過增加MQW的張應(yīng)力，增強(qiáng)沿C軸方向的o光的躍遷機(jī)率，提升從正面出光，可有效提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
【專利說明】氮化物發(fā)光二極管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種氮化物發(fā)光二極管。

【背景技術(shù)】
[0002]III族氮化物發(fā)光二極管為單軸介質(zhì)晶體，其波動(dòng)方程存在兩種不同的解，一種沿光軸傳播的尋常光線，簡稱O光(Ordinary Light)，其電場E與光軸垂直E丄c ;另一種垂直光軸傳播的非常光線，簡稱e光(Extraordinary)，其電場E與光軸平行E // C。ο光為電子從導(dǎo)帶底至重空穴帶和輕空穴帶的躍迀，而e光為電子從導(dǎo)帶底至晶體場分裂出的空穴帶的躍迀。對(duì)于III族氮化物發(fā)光二極管，材料的發(fā)光主要為電子從導(dǎo)帶底至價(jià)帶頂?shù)目昭ㄜS迀復(fù)合，由于III族氮化物存在光學(xué)各向異性，平行于c軸的光不易出射。
[0003]介質(zhì)的光學(xué)各向異性可用介電函數(shù)ε來描述，對(duì)于六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，介電函數(shù)虛部ε 2可表征光波電矢量E平行于光軸c的e光和垂直于光軸c的ο光的強(qiáng)度。請(qǐng)參看附圖1和2，當(dāng)III族氮化物發(fā)光二極管101(111!^&1_!^或41#&1_#，0〈眾1，0〈7〈1)受到壓應(yīng)力作用時(shí)，E丄c的ο光的介電常數(shù)虛部ε 2變小，沿c軸方向出光的躍迀機(jī)率變低，發(fā)光效率Im ( ε χχ+ ε yy)變低；而當(dāng)MQW受到張應(yīng)力作用時(shí)，E丄c的ο光的介電常數(shù)虛部ε 2變大，沿c軸方向出光的躍迀機(jī)率變高，發(fā)光效率Im ( ε χχ+ ε yy)明顯提升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種氮化物發(fā)光二極管，根據(jù)光學(xué)各向異性的原理，結(jié)合應(yīng)力對(duì)MQW的ο光之介電常數(shù)虛部ε 2和躍迀機(jī)率影響的原理，通過增加MQW的張應(yīng)力，增強(qiáng)沿C軸方向的ο光的躍迀機(jī)率，提升從正面出光，可有效提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，氮化物發(fā)光二極管，依次包括:η型氮化物層，發(fā)光層、P型氮化物層，所述發(fā)光層為皇層和阱層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)皇層中插入一晶格常數(shù)大于所述皇層和阱層的張應(yīng)力作用層，增強(qiáng)對(duì)多量子阱的張應(yīng)力作用，提升發(fā)光二極管沿c軸出光的效率。
[0006]優(yōu)選地，所述發(fā)光二極管的發(fā)光層發(fā)出藍(lán)光、綠光或紫外光，當(dāng)發(fā)藍(lán)、綠光時(shí)，所述皇層可選用GaN層，講層可選用InGaN，當(dāng)發(fā)紫外光時(shí)，所述講層可選用AlyGapyN,皇層可選用 AlzGa^zN (0〈y〈l，0〈z〈l，y〈z)0
[0007]優(yōu)選地，所述張應(yīng)力作用層的材料選用GaP、ZnSe> InN等。
[0008]優(yōu)選地，所述張應(yīng)力作用層的厚度為0.1-0.5nm。
[0009]優(yōu)選地，所述張應(yīng)力作用層與所述皇層呈共格生長。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，氮化物發(fā)光二極管，依次包括:n型氮化物層，發(fā)光層、P型氮化物層，所述發(fā)光層為皇層和阱層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)，在所述多量子阱結(jié)構(gòu)的底部和頂部設(shè)置一晶格常數(shù)大于所述皇層和阱層的張應(yīng)力作用層，增強(qiáng)對(duì)多量子阱的張應(yīng)力作用，提升發(fā)光二極管沿C軸出光的效率。
[0011]優(yōu)選地，所述皇層為GaN層，所述講層為InGaN。
[0012]優(yōu)選地，所述張應(yīng)力作用層為漸變層。
[0013]優(yōu)選地，所述張應(yīng)力作用層的材料選用&1？、21136、1抓等。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，氮化物發(fā)光二極管，依次包括型氮化物層，發(fā)光層、？型氮化物層，所述發(fā)光層為皇層和阱層構(gòu)成的量子阱結(jié)構(gòu)，在量子阱的兩對(duì)稱側(cè)壁設(shè)置應(yīng)力調(diào)節(jié)點(diǎn)，通過對(duì)量子阱兩側(cè)施加雙軸壓應(yīng)力，從而間接引起量子阱受到張應(yīng)力作用，增強(qiáng)對(duì)量子阱的阱層的張應(yīng)力，提升發(fā)光二極管沿0軸出光的效率。
[0015]優(yōu)選地，所述氮化物發(fā)光二極管采用應(yīng)力封裝，在封裝結(jié)構(gòu)中設(shè)置應(yīng)力調(diào)節(jié)裝置。
[0016]本發(fā)明從發(fā)光二極管的發(fā)光各向異性出發(fā)，通過外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和封裝設(shè)計(jì)，增強(qiáng)量子阱的張應(yīng)力作用，增大2丄0的0光的介電常數(shù)虛部6 2，提升沿0軸出光的躍迀機(jī)率，使得發(fā)光效率1111明顯提升，從而提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
[0017]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0019]圖1反應(yīng)了氮化物發(fā)光二極管介電函數(shù)虛部2 2受應(yīng)力的影響。
[0020]圖2反應(yīng)了氮化物發(fā)光二極管發(fā)光效率受應(yīng)力的影響。
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1之一種氮化物發(fā)光二極管的側(cè)面剖視圖。
[0022]圖4為III族氮化物混晶帶隙寬度與晶格常數(shù)之間的關(guān)系圖。
[0023]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2之一種氮化物發(fā)光二極管的側(cè)面剖視圖。
[0024]圖6為本發(fā)明實(shí)施例3之一種氮化物發(fā)光二極管的側(cè)面剖視圖。
[0025]圖示說明:
100,200,300:基板；
110,210,310:緩沖層；
120,220,320出型氮化物層；
130,230,330:發(fā)光層；
131、231、331:皇層；
132、232、332:阱層；
133,250:張應(yīng)力作用層；
140,240,340 型氮化物層；
350:應(yīng)力調(diào)節(jié)點(diǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作詳細(xì)說明。
[0027]附圖3公開了本發(fā)明的第一個(gè)較佳實(shí)施例。請(qǐng)參看附圖3，氮化物發(fā)光二極管，包括:基板100、緩沖層110、II型氮化物層120、發(fā)光層130和？型氮化物層140。其中，基板100優(yōu)選使用藍(lán)寶石襯底，也可以選用氮化鎵襯底、硅襯底或其他襯底；緩沖層110為基于III族氮化物的材料，優(yōu)選采用氮化鎵，還可以采用氮化鋁材料或者鋁鎵氮材料型氮化物層120優(yōu)選為氮化鎵，也可采用鋁鎵氮材料，娃摻雜優(yōu)選濃度為IX 1019^%發(fā)光層130為優(yōu)選為具有至少一個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)，較佳的為具有5~50對(duì)量子阱構(gòu)成；？層氮化物層140優(yōu)選為氮化鎵，采用鎂摻雜，摻雜濃度為1^1019~5^1021挪―3，較佳的？型氮化物層為多層結(jié)構(gòu)，包括？型電子阻擋層、？型導(dǎo)電層和？型接觸層，其中？型電子阻擋緊臨發(fā)光層130，用于阻擋電子進(jìn)入？型層與空穴復(fù)合，優(yōu)選采用鋁鎵氮材料，厚度可為5(^200=^
[0028]在本實(shí)施例中，發(fā)光層130由皇層131和1成抓阱層132重復(fù)堆疊構(gòu)成，其中至少一個(gè)皇層中插入一張應(yīng)力作用層133，其晶格常數(shù)要求大于皇層和阱層的晶格常格，通過晶格失配，對(duì)整個(gè)量子阱施加張應(yīng)力，提升沿面出光的效率，進(jìn)而提升發(fā)光二極管的效率；同時(shí)，為了緩解晶格失配造成的晶體缺陷問題，張應(yīng)力作用層133較佳為超薄層，使其與皇層131呈共格生長，厚度優(yōu)先選為0.^0.5=1圖4顯示了 III族氮化物混晶帶隙寬度與晶格常數(shù)之間的關(guān)系，可根據(jù)該關(guān)系圖進(jìn)行選擇張應(yīng)力作用層的材料，如
1抓等。
[0029]附圖5公開了本發(fā)明的第二個(gè)較佳實(shí)施例。氮化物發(fā)光二極管，包括:基板200、緩沖層210、II型氮化物層220、發(fā)光層230和？型氮化物層240。其中除了發(fā)光層230，其他疊層結(jié)構(gòu)可參考第一個(gè)較佳實(shí)施例。
[0030]在本實(shí)施例中，以紫外發(fā)光二極管為例，發(fā)光層230采用1~20對(duì)量子阱結(jié)構(gòu)，具體為八I#、#皇層231和八1/^—0阱層232疊層而成(其中0〈7〈1，0〈2〈1，^么)，在發(fā)光層230的兩側(cè)各插入一厚度為0.1-511111的張應(yīng)力作用層250。具體的，發(fā)光層230采用5對(duì)八八量子阱結(jié)構(gòu)，7取0.5，2取0.6，張應(yīng)力作用層的厚度為1鹽。其中張應(yīng)力作用層的晶格常數(shù)要求大于皇層和阱層的晶格常數(shù)，可選用等，采用漸變生長或直接生長，增強(qiáng)對(duì)量子阱的張應(yīng)力，增大2丄(3的0光的介電常數(shù)虛部6 2，從而提升沿0軸出光的躍迀機(jī)率，使發(fā)光效率1111 ( ^ ,,+ ^ ,,)得以提升，提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
[0031]附圖6公開了本發(fā)明的第三個(gè)較佳實(shí)施例。氮化物發(fā)光二極管，包括:基板300、緩沖層310、II型氮化物層320、發(fā)光層330、？型氮化物層340及設(shè)置于發(fā)光層的兩對(duì)稱側(cè)壁的應(yīng)力調(diào)節(jié)點(diǎn)350。在具體制作中，可先在發(fā)光二極管芯片的側(cè)壁鍍一層3102或絕緣層，防止漏電的發(fā)生，然后再鍍八1或^等反射鏡或081保證從側(cè)壁出射的光不被吸收，從而制備應(yīng)力調(diào)節(jié)點(diǎn)350。最后，將發(fā)光二極管芯粒封裝在可調(diào)節(jié)應(yīng)力的封裝體中，將應(yīng)力調(diào)節(jié)點(diǎn)與封裝體相接觸，通過封裝體對(duì)芯粒施加雙軸壓應(yīng)力，從而在量子阱中產(chǎn)生單軸張應(yīng)力。
[0032]區(qū)別于前面兩個(gè)較佳實(shí)施例通過外延結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)增強(qiáng)量子阱的張應(yīng)力作用，本實(shí)施例采用應(yīng)力封裝形成，在氮化物發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)中加入應(yīng)力調(diào)節(jié)點(diǎn)，通過對(duì)發(fā)光層兩側(cè)施加雙軸壓應(yīng)力，從而間接引起發(fā)光層的量子阱受到張應(yīng)力作用，增強(qiáng)對(duì)量子阱的張應(yīng)力，增大2丄(3的0光的介電常數(shù)虛部6 2，提升發(fā)光二極管沿0軸出光的躍迀機(jī)率，使發(fā)光效率匕(^ ^ 明顯提升，從而提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
[0033]惟以上所述者，僅為本發(fā)明之較佳實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施之范圍，即大凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍及專利說明書內(nèi)容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明專利涵蓋之范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.氮化物發(fā)光二極管，依次包括m型氮化物層，發(fā)光層、P型氮化物層，其特征在于:所述發(fā)光層為皇層和阱層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)，其中至少一個(gè)皇層中插入一晶格常數(shù)大于所述皇層和阱層的張應(yīng)力作用層，增強(qiáng)對(duì)多量子阱的張應(yīng)力作用，提升發(fā)光二極管沿c軸出光的效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于:所述皇層為GaN層，所述阱層為InGaN。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于:所述阱層為AlyGai_yN，皇層為 AlzGai_zN，其中 0<y<l,0<z<l, y〈z。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于:所述張應(yīng)力作用層的材料選用 GaP、ZnSe 或 InN。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于:所述張應(yīng)力作用層的厚度為 0.1—0.5nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于:所述張應(yīng)力作用層與皇層呈共格生長。
7.氮化物發(fā)光二極管，依次包括:n型氮化物層，發(fā)光層、P型氮化物層，其特征在于:所述發(fā)光層為皇層和阱層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)，在所述多量子阱結(jié)構(gòu)的底部和頂部設(shè)置一晶格常數(shù)大于所述皇層和阱層的張應(yīng)力作用層，增強(qiáng)對(duì)多量子阱的張應(yīng)力作用，提升發(fā)光二極管沿c軸出光的效率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于:所述張應(yīng)力作用層為漸變層O
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于:所述張應(yīng)力作用層的材料選用 GaP、ZnSe 或 InN。
10.氮化物發(fā)光二極管，依次包括:n型氮化物層，發(fā)光層、P型氮化物層，其特征在于:所述發(fā)光層為皇層和阱層構(gòu)成的量子阱結(jié)構(gòu)，在量子阱的兩對(duì)稱側(cè)壁設(shè)置應(yīng)力調(diào)節(jié)點(diǎn)，通過對(duì)量子阱兩側(cè)施加雙軸壓應(yīng)力，從而間接引起量子阱受到張應(yīng)力作用，增強(qiáng)對(duì)量子阱的阱層的張應(yīng)力，提升發(fā)光二極管沿c軸出光的效率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的氮化物發(fā)光二極管，其特征在于:所述氮化物發(fā)光二極管采用應(yīng)力封裝，在封裝結(jié)構(gòu)中設(shè)置應(yīng)力調(diào)節(jié)裝置。
【文檔編號(hào)】H01L33/48GK104465930SQ201410780532
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】鄭錦堅(jiān), 鄧和清, 伍躍明, 徐宸科, 尋飛林, 李志明, 杜偉華, 周啟倫, 李水清, 康俊勇 申請(qǐng)人:廈門市三安光電科技有限公司