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氮化物发光 二极管

阅读：397发布：2023-12-20

专利汇可以提供氮化物发光二极管专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种氮化物发光二极管，其根据光学各向异性的原理，结合应力对MQW的o光的介电常数虚部 ε2和跃迁机率影响的原理，通过增加MQW的张应力，增强沿C轴方向的o光的跃迁机率，提升从正面出光，可有效提升发光二极管的发光效率。，下面是氮化物发光二极管专利的具体信息内容。

权利要求

1. 氮化物发光二极管，依次包括：n型氮化物层，发光层、p型氮化物层，其特征在于：
所述发光层为垒层和阱层构成的多量子阱结构，其中至少一个垒层中插入一晶格常数大于所述垒层和阱层的张应力作用层，增强对多量子阱的张应力作用，提升发光二极管沿c轴出光的效率。
2.根据权利要求1所述的氮化物发光二极管，其特征在于：所述垒层为GaN层，所述阱层为InGaN。
3.根据权利要求1所述的氮化物发光二极管，其特征在于：所述阱层为AlyGa1-yN，垒层为AlzGa1-zN，其中04.根据权利要求1所述的氮化物发光二极管，其特征在于：所述张应力作用层的材料选用GaP、ZnSe或InN。
5.根据权利要求1所述的氮化物发光二极管，其特征在于：所述张应力作用层的厚度为0.1~0.5nm。
6.根据权利要求1所述的氮化物发光二极管，其特征在于：所述张应力作用层与垒层呈共格生长。
7.氮化物发光二极管，依次包括：n型氮化物层，发光层、p型氮化物层，其特征在于：所述发光层为垒层和阱层构成的多量子阱结构，在所述多量子阱结构的底部和顶部设置一晶格常数大于所述垒层和阱层的张应力作用层，增强对多量子阱的张应力作用，提升发光二极管沿c轴出光的效率。
8.根据权利要求7所述的氮化物发光二极管，其特征在于：所述张应力作用层为渐变层。
9. 根据权利要求7所述的氮化物发光二极管，其特征在于：所述张应力作用层的材料选用GaP、ZnSe或InN。
10.氮化物发光二极管，依次包括：n型氮化物层，发光层、p型氮化物层，其特征在于：
所述发光层为垒层和阱层构成的量子阱结构，在量子阱的两对称侧壁设置应力调节点，通过对量子阱两侧施加双轴压应力，从而间接引起量子阱受到张应力作用，增强对量子阱的阱层的张应力，提升发光二极管沿c轴出光的效率。
11.根据权利要求10所述的氮化物发光二极管，其特征在于：所述氮化物发光二极管采用应力封装，在封装结构中设置应力调节装置。

说明书全文

氮化物发光二极管

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体材料技术领域，特别是一种氮化物发光二极管。

背景技术

[0002] III族氮化物发光二极管为单轴介质晶体，其波动方程存在两种不同的解，一种沿光轴传播的寻常光线，简称o光(Ordinary Light)，其电场E与光轴垂直E⊥c；另一种垂直光轴传播的非常光线，简称e光(Extraordinary)，其电场E与光轴平行E∥c。o光为电子从导带底至重空穴带和轻空穴带的跃迁，而e光为电子从导带底至晶体场分裂出的空穴带的跃迁。对于III族氮化物发光二极管，材料的发光主要为电子从导带底至价带顶的空穴跃迁复合，由于III族氮化物存在光学各向异性，平行于c轴的光不易出射。

[0003] 介质的光学各向异性可用介电函数ε来描述，对于六方纤锌矿结构，介电函数虚部ε2可表征光波电矢量E平行于光轴c的e光和垂直于光轴c的o光的强度。请参看附图1和2，当III族氮化物发光二极管MQW(InxGa1-xN或AlyGa1-yN，0力作用时，E⊥c的o光的介电常数虚部ε2变小，沿c轴方向出光的跃迁机率变低，发光效率lm (εxx+εyy)变低；而当MQW受到张应力作用时，E⊥c的o光的介电常数虚部ε2变大，沿c轴方向出光的跃迁机率变高，发光效率lm (εxx+εyy)明显提升。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种氮化物发光二极管，根据光学各向异性的原理，结合应力对MQW的o光之介电常数虚部ε2和跃迁机率影响的原理，通过增加MQW的张应力，增强沿C轴方向的o光的跃迁机率，提升从正面出光，可有效提升发光二极管的发光效率。

[0005] 根据本发明的第一个方面，氮化物发光二极管，依次包括：n型氮化物层，发光层、p型氮化物层，所述发光层为垒层和阱层构成的多量子阱结构，其中一个垒层中插入一晶格常数大于所述垒层和阱层的张应力作用层，增强对多量子阱的张应力作用，提升发光二极管沿c轴出光的效率。

[0006] 优选地，所述发光二极管的发光层发出蓝光、绿光或紫外光，当发蓝、绿光时，所述垒层可选用GaN层，阱层可选用InGaN，当发紫外光时，所述阱层可选用AlyGa1-yN，垒层可选用AlzGa1-zN（0

[0007] 优选地，所述张应力作用层的材料选用GaP、ZnSe、InN等。

[0008] 优选地，所述张应力作用层的厚度为0.1~0.5nm。

[0009] 优选地，所述张应力作用层与所述垒层呈共格生长。

[0010] 根据本发明的第二个方面，氮化物发光二极管，依次包括：n型氮化物层，发光层、p型氮化物层，所述发光层为垒层和阱层构成的多量子阱结构，在所述多量子阱结构的底部和顶部设置一晶格常数大于所述垒层和阱层的张应力作用层，增强对多量子阱的张应力作用，提升发光二极管沿c轴出光的效率。

[0011] 优选地，所述垒层为GaN层，所述阱层为InGaN。

[0012] 优选地，所述张应力作用层为渐变层。

[0013] 优选地，所述张应力作用层的材料选用GaP、ZnSe、InN等。

[0014] 根据本发明的第三个方面，氮化物发光二极管，依次包括：n型氮化物层，发光层、p型氮化物层，所述发光层为垒层和阱层构成的量子阱结构，在量子阱的两对称侧壁设置应力调节点，通过对量子阱两侧施加双轴压应力，从而间接引起量子阱受到张应力作用，增强对量子阱的阱层的张应力，提升发光二极管沿c轴出光的效率。

[0015] 优选地，所述氮化物发光二极管采用应力封装，在封装结构中设置应力调节装置。

[0016] 本发明从发光二极管的发光各向异性出发，通过外延结构设计和封装设计，增强量子阱的张应力作用，增大E⊥c的o光的介电常数虚部ε2，提升沿c轴出光的跃迁机率，使得发光效率lm (εxx+εyy)明显提升，从而提升发光二极管的发光效率。

[0017] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

[0018] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

[0019] 图1反应了氮化物发光二极管介电函数虚部ε2受应力的影响。

[0020] 图2反应了氮化物发光二极管发光效率受应力的影响。

[0021] 图3为本发明实施例1之一种氮化物发光二极管的侧面剖视图。

[0022] 图4为III 族氮化物混晶带隙宽度与晶格常数之间的关系图。

[0023] 图5为本发明实施例2之一种氮化物发光二极管的侧面剖视图。

[0024] 图6为本发明实施例3之一种氮化物发光二极管的侧面剖视图。

[0025] 图示说明：100、200、300：基板；
110、210、310：缓冲层；
120、220、320：n型氮化物层；
130、230、330：发光层；
131、231、331：垒层；
132、232、332：阱层；
133、250：张应力作用层；
140、240、340：p型氮化物层；
350：应力调节点。

具体实施方式

[0026] 下面将结合实施例和附图对本发明的具体实施作详细说明。

[0027] 附图3公开了本发明的第一个较佳实施例。请参看附图3，氮化物发光二极管，包括：基板100、缓冲层110、n型氮化物层120、发光层130和p型氮化物层140。其中，基板100优选使用蓝宝石衬底，也可以选用氮化镓衬底、硅衬底或其他衬底；缓冲层110为基于Ⅲ族氮化物的材料，优选采用氮化镓，还可以采用氮化铝材料或者铝镓氮材料；n型氮化物
19 -3
层120优选为氮化镓，也可采用铝镓氮材料，硅掺杂优选浓度为1×10 cm ；发光层130为优选为具有至少一个量子阱结构，较佳的为具有5~50对量子阱构成；p层氮化物层140优
19 21 -3
选为氮化镓，采用镁掺杂，掺杂浓度为1×10 ~5×10 cm ，较佳的p型氮化物层为多层结构，包括p型电子阻挡层、p型导电层和p型接触层，其中p型电子阻挡紧临发光层130，用于阻挡电子进入p型层与空穴复合，优选采用铝镓氮材料，厚度可为50~200nm。

[0028] 在本实施例中，发光层130由GaN垒层131和InGaN 阱层132重复堆叠构成，其中至少一个垒层中插入一张应力作用层133，其晶格常数要求大于垒层和阱层的晶格常格，通过晶格失配，对整个量子阱施加张应力，提升沿c面出光的效率，进而提升发光二极管的效率；同时，为了缓解晶格失配造成的晶体缺陷问题，张应力作用层133较佳为超薄层，使其与垒层131呈共格生长，厚度优先选为0.1~0.5nm。图4显示了III 族氮化物混晶带隙宽度与晶格常数之间的关系，可根据该关系图进行选择张应力作用层的材料，如GaP、ZnSe、InN等。

[0029] 附图5公开了本发明的第二个较佳实施例。氮化物发光二极管，包括：基板200、缓冲层210、n型氮化物层220、发光层230和p型氮化物层240。其中除了发光层230，其他叠层结构可参考第一个较佳实施例。

[0030] 在本实施例中，以紫外发光二极管为例，发光层230采用1~20对量子阱结构，具体为AlzGa1-zN垒层231和AlyGa1-yN阱层232叠层而成（其中0

[0031] 附图6公开了本发明的第三个较佳实施例。氮化物发光二极管，包括：基板300、缓冲层310、n型氮化物层320、发光层330、p型氮化物层340及设置于发光层的两对称侧壁的应力调节点350。在具体制作中，可先在发光二极管芯片的侧壁镀一层SiO2或SiN绝缘层，防止漏电的发生，然后再镀Al或Ag等反射镜或DBR，保证从侧壁出射的光不被吸收，从而制备应力调节点350。最后，将发光二极管芯粒封装在可调节应力的封装体中，将应力调节点与封装体相接触，通过封装体对芯粒施加双轴压应力，从而在量子阱中产生单轴张应力。

[0032] 区别于前面两个较佳实施例通过外延结构的设计增强量子阱的张应力作用，本实施例采用应力封装形成，在氮化物发光二极管的封装结构中加入应力调节点，通过对发光层两侧施加双轴压应力，从而间接引起发光层的量子阱受到张应力作用，增强对量子阱的张应力，增大E⊥c的o光的介电常数虚部ε2，提升发光二极管沿c轴出光的跃迁机率，使发光效率lm (εxx+εyy)明显提升，从而提高发光二极管的发光效率。

[0033] 惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明申请专利范围及专利说明书内容所作之简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。

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