专利名称：用于改进的led光输出的方法和结构的制作方法
背景技术：
发光二极管(LED)的工作效率可以以多种方式加以改进。这些方式包括在半导体层的质量方面和结构设计上的改进以最大化出自LED的光的耦合。
随着净驱动电流增加，基于AlGaInN或InGaN的LED的工作效率降低，如对于绿色GaInN LED的
图1的曲线图110所示的。除了LED上的已知效应外，还存在这样的效应，其中由于驱动电流增加而引起的发热会导致效率降低。该效应限制了在高驱动电流时AlGaInN或InGaN的性能。此外。对于AlGaInN或InGaN LED，随着电流的增加出现了波长到更短波长的偏移。
发明简述根据本发明，由隧道结分隔的多个串联的有源区域被结合到AlGaInN或InGaN LED中。对于固定的输入功率，根据本发明的LED需要更高的驱动电压，但是电流和电流密度减小了n倍，其中n是有源区域的数量。在较低驱动电流上工作的能力提高了AlGaInN或InGaN LED的效率并且减小了由于驱动电流导致的波长偏移。
附图简述图1示出了效率滚降对电流的关系。
图2示出了根据本发明的实施例。
图3示出了根据本发明的LED结构的示意图。
图4示出了示出了主波长(dominant wavelength)相对正向驱动电流的偏移。
图5示出了对于恒定的驱动电流、作为波长的函数的相对效率。
发明具体描述图2示出了根据本发明的LED结构200。N型(AlxIn(1-x))yGa(1-y)N覆层215，其中x＝0，y＝0或x＝0，在衬底210上生长为典型的、在从约2um到约5um的范围内的厚度，其中衬底210典型地为Al2O3、SiCGaN、或AlN。量子阱有源区域220典型地包括一至十个InGaN量子阱并且典型地由GaN阻挡层彼此分隔，该量子阱有源区域220生长于AlGaInN覆层215之上。量子阱有源区域220的生长之后跟着是p型AlGaInN覆层224生长为典型地在从约0.03um到约0.5um厚的范围内的厚度。下一个隧道结225的形成是通过将重掺杂的p++ AlGaInN层226生长为厚度典型地在约100至500埃的范围内，跟着是将重掺杂的n++ AlGaInN层227生长为厚度典型地在约100至500埃的范围内。p++ AlGaInN层226被典型地使用镁来重掺杂p到浓度典型地在约6·1019/cm3至约1·1020/cm3的范围内。N++ AlGaInN层227被典型地使用硅来重掺杂n到浓度远高于1·1020/cm3，例如，在从约2·1020/cm3至约3·1020/cm3的范围内。层结构297包含n型AlGaInN覆层215、量子阱有源区域220、p型AlGaInN覆层224和隧道结225。
在隧道结225之后，n型AlGaInN覆层230被生长。然后，第二量子阱有源区域235生长在n型AlGaInN覆层230之上。第二量子阱有源区域235类似于量子阱有源区域220。P型AlGaInN覆层240随后生长在量子阱有源区域235之上。下一个隧道结245的形成是通过生长p++AlGaInN层246为厚度典型地在约100至500埃的范围内，跟着是n++AlGaInN层247生长为厚度典型地在约100至500埃的范围内。P++AlGaInN层246被典型地用镁来重掺杂p成浓度在约6·1019/cm3至约1·1020/cm3的范围内。N++ AlGaInN层247被典型地用硅来重掺杂n成浓度远高于1·1020/cm3，例如在约2·1020/cm3至约3·1020/cm3的范围内。层结构299起LED的作用并且是用于LED结构200的基本构件块。层结构299包含n型AlGaInN覆层230、量子阱有源区域235、p型AlGaInN覆层240和隧道结245。层结构299可以根据需要为LED结构200在垂直堆叠中被重复任意次。
最后，n型AlGaInN层生长在垂直堆叠中的最后的隧道结之上，例如，n型AlGaInN覆层250对于LED结构200生长在隧道结245之上。量子阱有源区域255类似于量子阱有源区域220和235，其接着生长在n型AlGaInN覆层250之上，并且p型AlGaInN覆层270生长在量子阱有源区域250之上。层结构298包含n型AlGaInN覆层250、量子阱有源区域255和p型AlGaInN覆层270。层结构298起LED的作用。
在LED结构200的操作中，图2中隧道结245和225被反向偏置。反向偏置的隧道结245和255允许电流串行流经有源区域255、235和220。如果在LED结构200中总共有n个量子阱有源区域，到LED结构200上施加的电压V将被跨n个量子阱有源区域而大致(因为跨触点两端的可能的寄生压降)平均地划分，这样跨每个层结构299有V/n的压降，其中每个层结构299与一个量子阱有源区域相关联。这将每个量子阱有源区域220、235和255中的电流以及还有电流密度减小了n倍，同时提高了LED结构200的效率。例如，关于图2，清楚地示出了三个量子阱有源区域220、235和255，这样跨每个量子阱有源区域220、235和255的压降约为施加的电压V的三分之一，使驱动电流I与单个量子阱有源区域的情况相比减小了三倍。图3示出了LED结构200的示意图，指示了层结构297、299和298起LED的作用。典型地，在根据本发明的实施例中，使用了共约二至十个层结构。
图4中的曲线图410示出了对于正向驱动电流的主波长的偏移。对于AlGaInN或InGaN LED，随着驱动电流增加，波长典型地向着更短波长的方向偏移，如曲线图410所示。在图5中，曲线图510示出了对于约20uA的恒定驱动电流的、作为波长函数的相对效率。该相对效率随着In的量的降低而增加。为了在最高正向驱动电流处获得想要的主波长，量子阱有源区域使用InGa(Al)N的适当合成而生长。如果根据本发明，LED的工作发生在小于最高的正向驱动电流处，则主波长将更长。因此，具有较少In的合成物被用于获得同样的想要的主波长而同时提高了LED的效率。
虽然本发明已经结合特定实施例进行了描述，对于本领域的技术人员来说，显然许多替换、修改和变化按照上述描述是显而易见的。相应地，本发明意欲包含落在所附权利要求的精神和范围内的所有其他的这样的替换、修改和变化。
权利要求
1.一种发光二极管结构(200)，包括衬底(210)；以及在所述衬底上形成的多个层结构(297，299)，所述多个层结构中的每一个包括隧道结(225，245)和由一对覆层(215，224，230，240)围绕的量子阱有源区域(220，235)，所述多个层结构(297，299)相对于所述衬底(210)被安排在垂直堆叠中，这样所述多个层结构中的第一个(297)最靠近所述衬底并且所述多个层结构中的另一个(299)最远离所述衬底(200)。
2.权利要求1的结构，其中所述覆层(215，224，230，240)由AlGaInN组成。
3.权利要求1的结构，其中所述衬底(200)由从包含Al2O3、SiC、AlN和GaN的组中选择的材料组成。
4.权利要求1的结构，其中所述隧道结(225，245)由n掺杂的AlGaInN层(227，247)组成。
5.权利要求4的结构，其中所述n掺杂的AlGaInN层(227，247)使用n掺杂物被掺杂成浓度在从约2·1020/cm3至约3·1020/cm3的范围内。
6.权利要求5的结构，其中所述n掺杂物为硅。
7.权利要求4的结构，其中所述n掺杂的AlGaInN层(227，247)具有的厚度在从约100至约500埃的范围内。
8.权利要求1的结构，其中所述隧道结(225，245)由p掺杂的AlGaInN层(226，246)组成。
9.权利要求1的结构，其中所述量子阱有源区域(220，235)由通过GaN阻挡层相互分隔开的多个InGaN量子阱组成。
10.权利要求1的结构，其中所述隧道结(225，245)可工作来被反向偏置。
全文摘要
通过结合多个有源串联的、由隧道结分隔开的二极管，提高了LED的效率。这还允许LED工作在更长的波长上。
文档编号H01L27/15GK1910755SQ200580002094
公开日2007年2月7日 申请日期2005年9月28日 优先权日2004年10月22日
发明者S·D·莱斯特 申请人:阿瓦戈科技Ecbu Ip(新加坡)股份有限公司