一种氮化物半导体发光二极管的制作方法

本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种具有侧壁阻挡层的氮化物半导体发光二极管。

背景技术：

现今，氮化物半导体发光二极管（led），因其较高的发光效率、波长连续可调、节能环保等优点，目前已广泛应用于室内白光照明、手机背光照明、电视背光照明、显示照明、路灯、景观灯等领域。采用量子结构的氮化物发光二极管通过局域量子限制作用，可提升有源区的电子和空穴波函数的交叠几率和复合效率，使量子效率再提升至一个新的台阶。由于iii族氮化物一般在蓝宝石或sic等异质衬底上进行异质外延，不同材料之间的晶格失配和热失配会产生位错或缺陷，且这些位错线会随着外延层的生长而向上延伸。特别是在生长ingan/gan量子阱过程，由于生长温度较低，层层之间的生长被破坏而在量子阱区域形成v-pits。由于v-pits的中心连接着位错线，若电子和空穴在注入量子阱时被v-pits俘获，则电子和空穴会在v-pits中心的位错线进行非辐射复合，降低复合效率。

申请号为201710050629.0的中国专利公开了一种氮化镓基发光二极管，其有源层表面上具有v型缺陷和连接所述v型缺陷的平面区，所述能带扭曲层为具有足够低能隙的n型氮化物层，致使电子阻挡层之能带扭曲，降低电子阻挡层对空穴之有效势垒高度，加强空穴从c-plane注入之效率。该专利实际通过在电子阻挡层和p型氮化物之间插入一层低能隙的n型氮化物，使电子阻挡层的能带扭曲，降低v型缺陷的侧壁的势垒，从而加强空穴从v型缺陷的c-plane侧壁注入量子阱。当越多空穴从侧壁注入量子阱时，则不可避免地会使更多的空穴被连接v-pits的位错线所俘获，从而使非辐射复合变强，降低发光效率。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出一种氮化物半导体发光二极管，包括：n型氮化物半导体，多量子阱，p型氮化物半导体；所述多量子阱具有v-pits；所述v-pits的侧壁具有v-pits侧壁阻挡层，所述v-pits侧壁阻挡层包括v-pits侧壁电子阻挡层和v-pits侧壁空穴阻挡层的组合，所述v-pits侧壁电子阻挡层的势垒高度较多量子阱无v-pits区域上方第一氮化物半导体的势垒高度至少高500mev，所述v-pits侧壁空穴阻挡层的势垒高度较多量子阱无v-pits上方的第二氮化物半导体的势垒高度至少高500mev，所述v-pits侧壁的电子阻挡层和空穴阻挡层形成高势垒，阻挡电子和空穴往v-pits中心输运，防止被v-pits底部的穿透位错吸收产生非辐射复合，提升电子和空穴在无v-pits区域的沿c轴的纵向输运，提升电子和空穴的注入和复合效率。

一种具有v-pits侧壁阻挡层的氮化物半导体发光二极管，包括衬底，缓冲层，n型氮化物半导体，具有v-pits的多量子阱，v-pits，v-pits侧壁电子阻挡层，v-pits侧壁空穴阻挡层，量子阱无v-pits区域上方的第一氮化物半导体，第二氮化物半导体，v-pits封闭填充层，p型氮化物半导体，p型接触层，v-pits的侧壁具有一v-pits侧壁阻挡层，所述v-pits侧壁的v-pits侧壁阻挡层包括一v-pits侧壁电子阻挡层和一v-pits侧壁空穴阻挡层的任意组合，所述v-pits侧壁电子阻挡层的势垒高度较多量子阱无v-pits上方的第一氮化物半导体的势垒高度至少高500mev，所述v-pits侧壁空穴阻挡层的势垒高度较多量子阱无v-pits上方的第二氮化物半导体的势垒高度至少高500mev。

进一步地，所述v-pits侧壁电子阻挡层的材料为alxga1-x或alxga1-x/gan超晶格，所述量子阱无v-pits区域上方的第一氮化物半导体的材料为alyga1-y或alyga1-y/gan，且1≥x≥0，1≥y≥0，x和y必须满足(y-x)eg（gan）+（x-y）eg（aln）-b[x(1-x)-y(1-y)]≥0.5，其中b为弯曲系数，5≥b≥1。

进一步地，所述v-pits侧壁空穴阻挡层的材料为almga1-m或almga1-m/gan超晶格，所述量子阱无v-pits区域上方的第二氮化物半导体的材料为alnga1-n或alnga1-n/gan，且1≥m≥0，1≥n≥0，m和n必须满足(n-m)eg（gan）+（m-n）eg（aln）-b[m(1-m)-n(1-n)]≥0.5，其中b为弯曲系数，5≥b≥1。

进一步地，所述v-pits侧壁电子阻挡层的势垒高度较量子阱无v-pits区域上方的第一氮化物半导体的势垒高度至少高500mev，使注入量子阱的电子无法越过v-pits侧壁电子阻挡层的势垒，电子沿c轴纵向输运，提升量子阱的电子注入效率。

进一步地，所述v-pits侧壁空穴阻挡层的势垒高度较量子阱无v-pits区域上方的第二氮化物半导体的势垒高度至少高500mev，使注入量子阱的空穴无法越过v-pits侧壁空穴阻挡层的势垒，空穴沿c轴纵向输运，提升量子阱的空穴注入效率。

进一步地，所述v-pits侧壁电子阻挡层和v-pits侧壁空穴阻挡层构成的阻挡层形成高势垒，阻挡电子和空穴往v-pits中心输运，防止被v-pits底部的穿透位错吸收产生非辐射复合，提升电子和空穴在无v-pits区域的沿c轴的纵向输运，提升电子和空穴的注入和复合效率。

进一步地，所述v-pits封闭填充层材料为无掺杂的gan或algan或alingan等iii族氮化物，通过高温低压方法提升侧向生长速率将v-pits的开口封闭，同时，通过无掺杂形成v-pits的高电阻区域，进一步阻挡空穴往v-pits的中心输运，降低非辐射复合。

附图说明

图1为传统氮化物半导体发光二极管的结构示意图。

图2为实施例1的一种具有v-pits侧壁阻挡层的氮化物半导体发光二极管的结构示意图。

图3为实施例1的一种具有v-pits侧壁阻挡层的氮化物半导体发光二极管的效果示意图。

图4为实施例2的一种具有v-pits侧壁阻挡层的氮化物半导体发光二极管的结构示意图。

图5为实施例3的一种具有v-pits侧壁阻挡层的氮化物半导体发光二极管的结构示意图。

图6为实施例4的一种具有v-pits侧壁阻挡层的氮化物半导体发光二极管的结构示意图。

图示说明：100：衬底；101：缓冲层，102：n型氮化物半导体，103：多量子阱，104：p型氮化物半导体，105：p型接触层，106：v-pits，107：v-pits侧壁电子阻挡层，108：量子阱无v-pits区域上方的第一氮化物半导体，109：v-pits侧壁空穴阻挡层，110：量子阱无v-pits区域上方的第二氮化物半导体，111：v-pits封闭填充层。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，传统的氮化物发光二极管一般由衬底100，缓冲层101，n型氮化物半导体102，多量子阱103，p型氮化物半导体104，p型接触层105组成，其中多量子阱103一般具有v-pits106。由于iii族氮化物一般在蓝宝石或sic等异质衬底上进行异质外延，不同材料之间的晶格失配和热失配会产生位错或缺陷，且这些位错线会随着外延层的生长而向上延伸。特别是在生长ingan/gan量子阱过程，由于生长温度较低，层层之间的生长被破坏而在量子阱区域形成v-pits。由于v-pits的中心连接着位错线，若电子和空穴在注入量子阱时被v-pits俘获，则电子和空穴会在v-pits中心的位错线进行非辐射复合，降低复合效率。

为了解决连接着v-pits中心的位错线俘获电子和空穴形成非辐射复合的问题，本发明提出一种具有v-pits侧壁阻挡层的氮化物半导体发光二极管，v-pits的侧壁具有一v-pits侧壁阻挡层，所述v-pits侧壁的v-pits侧壁阻挡层包括一v-pits侧壁电子阻挡层107和一v-pits侧壁空穴阻挡层109的任意组合，v-pits的侧壁至少具有一个v-pits侧壁电子阻挡层107和v-pits侧壁空穴阻挡层109，所述v-pits侧壁电子阻挡层107的势垒高度较多量子阱无v-pits上方的第一氮化物半导体108的势垒高度至少高500mev，所述v-pits侧壁空穴阻挡层的势垒高度109较多量子阱无v-pits上方的第二氮化物半导体110的势垒高度至少高500mev，所述v-pits侧壁电子阻挡层107和v-pits侧壁空穴阻挡层109形成高势垒，阻挡电子和空穴往v-pits中心输运，防止被v-pits底部的穿透位错吸收产生非辐射复合，提升电子和空穴在无v-pits区域的沿c轴的纵向输运，提升电子和空穴的注入和复合效率。

一种氮化物半导体发光二极管，包括衬底100，缓冲层101，n型氮化物半导体102，具有v-pits的多量子阱103，v-pits106，v-pits侧壁电子阻挡层107，v-pits侧壁空穴阻挡层109，量子阱无v-pits区域上方的第一氮化物半导体108，第二氮化物半导体110，v-pits封闭填充层111，p型氮化物半导体104，p型接触层105，其特征在于：v-pits的侧壁具有一v-pits侧壁阻挡层，所述v-pits侧壁的v-pits侧壁阻挡层包括一v-pits侧壁电子阻挡层和一v-pits侧壁空穴阻挡层的任意组合，v-pits的侧壁至少具有一个v-pits侧壁电子阻挡层107和v-pits侧壁空穴阻挡层109，所述v-pits侧壁电子阻挡层107的势垒高度较第一氮化物半导体108的势垒高度至少高500mev，所述v-pits侧壁空穴阻挡层109的势垒高度较第二氮化物半导体110的势垒高度至少高500mev。

所述v-pits侧壁电子阻挡层107的材料为alxga1-x或alxga1-x/gan超晶格，所述量子阱无v-pits区域上方的第一氮化物半导体的材料为alyga1-y或alyga1-y/gan，且1≥x≥0，1≥y≥0，x和y必须满足(y-x)eg（gan）+（x-y）eg（aln）-b[x(1-x)-y(1-y)]≥0.5，其中b为弯曲系数，5≥b≥1。

所述v-pits侧壁空穴阻挡层109的材料为almga1-m或almga1-m/gan超晶格，所述量子阱无v-pits区域上方的第二氮化物半导体的材料为alnga1-n或alnga1-n/gan，且1≥m≥0，1≥n≥0，m和n必须满足(n-m)eg（gan）+（m-n）eg（aln）-b[m(1-m)-n(1-n)]≥0.5，其中b为弯曲系数，5≥b≥1。

所述v-pits侧壁电子阻挡层107的势垒高度较量子阱无v-pits区域上方的第一氮化物半导体108的势垒高度至少高500mev，使注入量子阱的电子无法越过v-pits侧壁电子阻挡层107的势垒，电子沿c轴纵向输运，提升量子阱的电子注入效率。

所述v-pits侧壁空穴阻挡层109的势垒高度较量子阱无v-pits区域上方的第二氮化物半导体110的势垒高度至少高500mev，使注入量子阱的空穴无法越过v-pits侧壁空穴阻挡层109的势垒，空穴沿c轴纵向输运，提升量子阱的空穴注入效率。

所述v-pits侧壁电子阻挡层107和v-pits侧壁空穴阻挡层109构成的阻挡层形成高势垒，阻挡电子和空穴往v-pits中心输运，防止被v-pits底部的穿透位错吸收产生非辐射复合，提升电子和空穴在无v-pits区域的沿c轴的纵向输运，使电子和空穴主要沿无v-pits区域输运，提升电子和空穴的注入和复合效率。

所述v-pits封闭填充层111材料为无掺杂的gan或algan或alingan等iii族氮化物，通过高温低压方法提升侧向生长速率将v-pits的开口封闭，同时，通过无掺杂形成v-pits的高电阻区域，进一步阻挡空穴往v-pits的中心输运，降低非辐射复合。

实施例2

为了解决连接着v-pits中心的位错线俘获电子和空穴形成非辐射复合的问题，本实施例提出一种具有v-pits侧壁阻挡层的氮化物半导体发光二极管，v-pits的侧壁至少具有一个v-pits侧壁电子阻挡层107和v-pits侧壁空穴阻挡层109，所述v-pits侧壁电子阻挡层107的势垒高度较第一氮化物半导体108的势垒高度至少高500mev，所述v-pits侧壁空穴阻挡层的势垒高度109较第二氮化物半导体110的势垒高度至少高500mev，所述v-pits侧壁电子阻挡层107和v-pits侧壁空穴阻挡层109形成高势垒，阻挡电子和空穴往v-pits中心输运，防止被v-pits底部的穿透位错吸收产生非辐射复合，提升电子和空穴在无v-pits区域的沿c轴的纵向输运，提升电子和空穴的注入和复合效率。

如图4所示，一种具有v-pits侧壁阻挡层的氮化物半导体发光二极管，包括衬底100，缓冲层101，n型氮化物半导体102，具有v-pits的多量子阱103，v-pits106，v-pits侧壁电子阻挡层107，v-pits侧壁空穴阻挡层109，量子阱无v-pits区域上方的第一氮化物半导体108，第二氮化物半导体110，v-pits封闭填充层111，p型氮化物半导体104，p型接触层105，v-pits的侧壁具有一v-pits侧壁阻挡层，所述v-pits侧壁的v-pits侧壁阻挡层包括一v-pits侧壁电子阻挡层107和一v-pits侧壁空穴阻挡层109的任意组合，v-pits的侧壁至少具有一个v-pits侧壁电子阻挡层107和v-pits侧壁空穴阻挡层109，所述v-pits侧壁电子阻挡层107的势垒高度较第一氮化物半导体108的势垒高度至少高500mev，所述v-pits侧壁空穴阻挡层109的势垒高度较第二氮化物半导体110的势垒高度至少高500mev。

如图4所示，所述多量子阱无v-pits区域上方的第一氮化物半导体108和第二氮化物半导体110为多量子阱的垒层或阱层，所述v-pits侧壁的侧壁电子阻挡层107和v-pits侧壁空穴阻挡层109的高度不低于多量子阱的高度。

所述v-pits侧壁电子阻挡层107的材料为alxga1-x或alxga1-x/gan超晶格，所述量子阱无v-pits区域上方的第一氮化物半导体的材料为alyga1-y或alyga1-y/gan，且1≥x≥0，1≥y≥0，x和y必须满足(y-x)eg（gan）+（x-y）eg（aln）-b[x(1-x)-y(1-y)]≥0.5，其中b为弯曲系数，5≥b≥1。

所述v-pits侧壁空穴阻挡层109的材料为almga1-m或almga1-m/gan超晶格，所述量子阱无v-pits区域上方的第二氮化物半导体的材料为alnga1-n或alnga1-n/gan，且1≥m≥0，1≥n≥0，m和n必须满足(n-m)eg（gan）+（m-n）eg（aln）-b[m(1-m)-n(1-n)]≥0.5，其中b为弯曲系数，5≥b≥1。

所述v-pits侧壁电子阻挡层107的势垒高度较量子阱无v-pits区域上方的第一氮化物半导体108的势垒高度至少高500mev，使注入量子阱的电子无法越过v-pits侧壁电子阻挡层107的势垒，电子沿c轴纵向输运，提升量子阱的电子注入效率。

所述v-pits侧壁空穴阻挡层109的势垒高度较量子阱无v-pits区域上方的第二氮化物半导体110的势垒高度至少高500mev，使注入量子阱的空穴无法越过v-pits侧壁空穴阻挡层109的势垒，空穴沿c轴纵向输运，提升量子阱的空穴注入效率。

所述v-pits侧壁电子阻挡层107和v-pits侧壁空穴阻挡层109构成的阻挡层形成高势垒，阻挡电子和空穴往v-pits中心输运，防止被v-pits底部的穿透位错吸收产生非辐射复合，提升电子和空穴在无v-pits区域的沿c轴的纵向输运，使电子和空穴主要沿无v-pits区域输运，提升电子和空穴的注入和复合效率。

所述v-pits封闭填充层111材料为无掺杂的gan或algan或alingan等iii族氮化物，通过高温低压方法提升侧向生长速率将v-pits的开口封闭，同时，通过无掺杂形成v-pits的高电阻区域，进一步阻挡空穴往v-pits的中心输运，降低非辐射复合。

实施例3

如图5所示，与实施例1的区别在于，所述多量子阱无v-pits区域上方的第一氮化物半导体108和第二氮化物半导体110为多量子阱的垒层或阱层，所述v-pits侧壁只具有一v-pits侧壁电子阻挡层107，且其高度不低于多量子阱的高度，所述v-pits侧壁电子阻挡层107形成高势垒，其势垒高度高于多量子阱的阱层和垒层的势垒高度，阻挡电子往v-pits中心输运，使电子主要沿无v-pits区域输运，防止被v-pits底部的穿透位错吸收产生非辐射复合，提升电子和空穴在无v-pits区域的沿c轴的纵向输运，提升电子和空穴的注入和复合效率。

实施例4

如图6所示，与实施例1的区别在于，所述多量子阱无v-pits区域上方的第一氮化物半导体108和第二氮化物半导体110为多量子阱的垒层或阱层，所述v-pits侧壁只具有一v-pits侧壁空穴阻挡层109，且其高度不低于多量子阱的高度，所述v-pits侧壁空穴阻挡层109形成高势垒，其势垒高度高于多量子阱的阱层和垒层的势垒高度，阻挡空穴往v-pits中心输运，使空穴主要沿无v-pits区域输运，防止被v-pits底部的穿透位错吸收产生非辐射复合，提升电子和空穴在无v-pits区域的沿c轴的纵向输运，提升电子和空穴的注入和复合效率。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。