[发明专利]一种氮化物发光二极管的外延结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种氮化物发光二极管的外延结构。

背景技术

现今，发光二极管（LED），特别是氮化物发光二极管因其较高的发光效率，在普通照明领域已取得广泛的应用。因氮化物发光二极管的底层存在缺陷，在生长量子阱时缺陷延伸会形成V-pits，形成非辐射复合中心，导致电子容易通过V-pits的漏电通道泄漏并吸收量子阱发出的光，形成漏电和非辐射复合，降低发光效率、发光强度和ESD。

发明内容

本发明的目的是：提供一种氮化物发光二极管的外延结构，通过在多量子阱发光区域的V-pits上方填充钝化层/DBR/Al量子点的复合结构，使非掺杂的钝化层阻挡电子和空穴扩展至V-pits，降低非辐射复合，而DBR（分布布拉格反射层）则将量子阱发光的光反射，防止光被V-pits中的缺陷吸收，同时，Al量子点形成的光反射和表面等离激元，进一步引导光波导方向，通过多重垒加的效应提升氮化物发光二极管的发光效率。

一种氮化物发光二极管的外延结构，依次包括衬底，N型氮化物，多量子阱，V-pits，钝化层/DBR/Al量子点，P型氮化物，P型接触层以及DBR，其特征在于：多量子阱发光区的V-pits上方填充钝化层/DBR/Al量子点的复合结构，钝化层阻挡电子和空穴扩散至V-pits，降低V-pits中缺陷的非辐射复合，而DBR将量子阱发出的光反射，防止光被V-pits中的缺陷吸收，同时，Al量子点形成光反射和表面等离激元，进一步引导光波导方向。通过钝化层/DBR/Al量子点复合结构的多重垒加效应，结合P型半导体层一侧的DBR，使量子阱发出的光反射至衬底一侧，提升氮化物发光二极管的发光效率。

进一步地，所述复合结构中的钝化层包含氮化硅SiNx，氮化铝AlN，氮化硼BN，二氧化硅SiO₂等材料，用于阻挡电子和空穴扩散至V-pits，降低V-pits中缺陷的非辐射复合。

进一步地，所述钝化层/DBR/Al量子点的钝化层厚度为1~100nm，DBR厚度为1~100nm，Al量子点大小为1~100nm。

进一步地，所述钝化层为非掺杂材料，背景载流子浓度为1E15~1E17cm^-3，通过高电阻和高势垒的钝化层材料阻止电子和空穴扩展至V-pits，改善漏电和降低非辐射复合。

进一步地，所述V-pits的大小为50~500nm，密度为1E7~1E10cm^-2。

进一步地，所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、氮化铝、氧化锌适合外延生长的衬底。

附图说明

图1为本发明实施例的氮化物发光二极管外延结构示意图。

图2为本发明实施例的氮化物发光二极管的光波导示意图。

图示说明：100：衬底，101：缓冲层，102：N型氮化物，103：多量子阱，104：V-pits，105：钝化层，106：DBR，107：Al量子点，108：P型氮化物，109：P型接触层，110：DBR。

具体实施方式

传统的氮化物发光二极管，因晶格失配和热失配在氮化物生长过程中会形成缺陷，生长多量子阱时该位错会延伸形成V-pits，而该V-pits形成非辐射复合中心，导致电子容易通过V-pits的漏电通道泄漏和吸收光，形成漏电和非辐射复合，降低发光强度和ESD。

为了解决V-pits内缺陷的吸光及形成非辐射复合中心的问题，本发明提出的一种氮化物发光二极管的外延结构，如图1所示，依次包括：衬底100，缓冲层101，N型氮化物102，多量子阱103，V-pits 104，钝化层(105)/DBR(106)/Al量子点(107)的复合结构，P型氮化物108，P型接触层109和DBR 110。