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，特别是一种多量子阱与p型氮化物间具有dbr的氮化物半导体发光二极管。

背景技术：

氮化物半导体发光二极管（led）具有高的发光效率、尺寸薄、波长连续可调、节能环保等优点，已取代白炽灯和荧光灯，广泛应用于通用照明、背光照明、显示领域、景观灯等领域。专利申请号为200910018157.6的中国专利《一种高出光率sic衬底led芯片及其制备方法》，提出在u-gan层和n型gan层之间设有10-20个循环层形成的dbr层，每个循环层包括一个algan层和一个gan层，每个循环层的dbr层厚度为104.1nm-111.6nm，该方法适用于sic吸光衬底，而对于不吸光的蓝宝石衬底生长氮化物半导体发光二极管在蓝宝石背面上镀上dbr层，采用外延层的ugan和ngan之间插入dbr结构，并无法进一步提升发光效率和光提取效率。目前led中采用dbr结构的一般为红黄光led领域，如alingap材料。采用蓝宝石衬底或gan衬底外延生长的蓝绿光氮化物半导体发光二极管，因algan材料或alingan与gan材料具有较大的晶格失配，高al组分的algan难以生长，且algan材料生长温度较高，p型掺杂较难，难以生长dbr结构。同时，掺mg的p型氮化物半导体的mg络合物会吸光，为了避免p型氮化物半导体的光吸收，有必要在p型氮化物半导体前制作dbr结构。

为了进一步提升氮化物半导体发光二极管的量子效率，特别是倒装结构的氮化物半导体发光二极管，有必要在p型氮化物半导体和多量子阱间插入dbr结构，提升发光二极管的外量子效率。

技术实现要素：

采用蓝宝石衬底或gan衬底外延生长的蓝绿光氮化物半导体发光二极管，因algan材料或alingan与gan材料具有较大的晶格失配，高al组分的algan难以生长，且algan材料生长温度较高，p型掺杂较难，难以生长dbr结构。同时，掺mg的p型氮化物半导体的mg络合物会吸光，为了避免p型氮化物半导体的光吸收，有必要在p型氮化物半导体前制作dbr结构。为了解决上述技术问题，本发明提供一种氮化物半导体发光二极管，多量子阱与p型氮化物半导体之间至少具有一dbr层（分布式布拉格反射层），或多量子阱的v-pits（v型坑）上方至少具有一dbr层。掺mg的p型氮化物半导体的mg络合物会吸光，为了避免p型氮化物半导体的光吸收，通过在多量子阱和p型氮化物半导体之间插入dbr层，使多量子阱出射至p型的光反射，减少p型氮化物半导体mg掺杂络合体的光吸收，提升倒装氮化物发光二极管的发光效率。

本发明公开一种氮化物半导体发光二极管，包括：n型氮化物半导体，多量子阱和p型氮化物半导体，所述多量子阱具有v-pits（v型坑），所述多量子阱与p型氮化物半导体之间至少具有一dbr层（分布式布拉格反射层），或多量子阱的v-pits上方至少具有一dbr层。

进一步地，所述dbr包括gan/aln/(alxga1-xn/gan)m，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alxga1-xn/gan)m，或(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n或(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn或(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn或(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn的一种或几种组成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤p≤1，0≤q≤1，0≤s≤1，0≤t≤1，10≤m≤30，10≤n≤30。

进一步地，所述多量子阱的发光波长为λ，其中200nm≤λ≤1000nm。

进一步地，所述dbr的掺杂可为p型掺杂，mg掺杂浓度为1e16~1e21cm^-3，或者非掺杂。

进一步地，所述dbr具有三组，分别为a、b、c组，每组的反射波长范围分别为λa、λb、λc，其中λ+20≥λa≥λ+10，λ+5≥λb≥λ-5，λ-10≥λc≥λ-20，每组的高反射度区段大于10nm，所述分布式布拉格反射层形成的高反射区段大于30nm，其中λ为多量子阱的发光波长。

进一步地，所述a、b、c三组dbr的折射率分别为na、nb和nc，厚度分别为da、db和dc，厚度满足da=λa/4na，db=λb/4nb，dc=λc/4nc。

进一步地，所述多量子阱的发光波长为455nm时，3组dbr的反射波长中心值分别为470nm，455nm和440nm。

进一步地，所述p型氮化物半导体与多量子阱之间具有dbr层，而n型氮化物半导体为增透层。

进一步地，所述分布式布拉格反射层包括gan/aln/(alxga1-xn/gan)m，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alxga1-xn/gan)m，或(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n或(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn或(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn或(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn的各种结构可任意组合，形成g重组合结构，其中g≥1。

进一步地，所述分布式布拉格反射层可为g重组合结构，包括gan/aln/(alxga1-xn/gan)m+gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alxga1-xn/gan)m，gan/aln/(alxga1-xn/gan)m+(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，gan/aln/(alxga1-xn/gan)m+(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，gan/aln/(alxga1-xn/gan)m+gan/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn等二重组合结构，gan/aln/(alxga1-xn/gan)m+gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alxga1-xn/gan)m+(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，gan/aln/(alxga1-xn/gan)m+(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n+gan/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn，(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn+gan/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn+(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n等三重组合结构。

附图说明

图1为本发明多量子阱与p型氮化物半导体之间至少具有一dbr层（分布式布拉格反射层）的氮化物半导体发光二极管的量子阱结构示意图。

图2为本发明多量子阱与p型氮化物半导体之间至少具有一dbr层（分布式布拉格反射层），以及多量子阱的v-pits上方至少具有一dbr层的氮化物半导体发光二极管的量子阱结构示意图。

图示说明：100：衬底；101：n型氮化物半导体；102：多量子阱；103：dbr（分布式布拉格反射层）；104：p型氮化物半导体；105：v-pits（v型坑）。

具体实施方式

目前led中采用dbr结构的一般为红黄光led领域，如alingap材料，采用蓝宝石衬底或gan衬底外延生长的蓝绿光氮化物半导体发光二极管，因algan材料或alingan与gan材料具有较大的晶格失配，高al组分的algan难以生长，且algan材料生长温度较高，p型掺杂较难，难以生长dbr结构。同时，掺mg的p型氮化物半导体的mg络合物会吸光，为了避免p型氮化物半导体的光吸收，有必要在p型氮化物半导体前制作dbr结构。

本实施例提供一种氮化物半导体发光二极管，多量子阱与p型氮化物半导体之间至少具有一dbr层（分布式布拉格反射层），或多量子阱的v-pits上方至少具有一dbr层。如图1所示，本发明多量子阱与p型氮化物半导体之间至少具有一dbr层（分布式布拉格反射层）的氮化物半导体发光二极管的量子阱结构示意图。如图2所示，本发明多量子阱与p型氮化物半导体之间至少具有一dbr层（分布式布拉格反射层），以及多量子阱的v-pits上方至少具有一dbr层的氮化物半导体发光二极管的量子阱结构示意图。掺mg的p型氮化物半导体的mg络合物会吸光，为了避免p型氮化物半导体的光吸收，通过在多量子阱和p型氮化物半导体之间插入dbr层，使多量子阱出射至p型的光反射，减少p型氮化物半导体mg掺杂络合体的光吸收，提升倒装氮化物发光二极管的发光效率。

本发明公开一种氮化物半导体发光二极管，包括：n型氮化物半导体101，多量子阱102和p型氮化物半导体104，所述多量子阱具有v-pits105，所述多量子阱102与p型氮化物半导体104之间至少具有一dbr层103（分布式布拉格反射层），或多量子阱的v-pits上方至少具有一dbr层103。

进一步地，所述dbr层103包括：gan/aln/(alxga1-xn/gan)m，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alxga1-xn/gan)m，或(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n或(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn或(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn或(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn的一种或几种组成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤p≤1，0≤q≤1，0≤s≤1，0≤t≤1，10≤m≤30，10≤n≤30。

一般来说，dbr对数小于10对，反射率较低，无法有效地反射量子阱出射的光；dbr对数大于30对，因材料之间的晶格失配及p型algan材料mg掺杂困难，易导致表面开裂及电压高异常，因此优选10≤m≤30，10≤n≤30。

所述dbr层结构可以为gan/aln/(alxga1-xn/gan)m，其中0≤x≤1，10≤m≤30，不同折射率的gan层和aln层形成高折射率差，与(alxga1-xn/gan)m折射率不同的周期性超晶格结构协同作用，形成分布式布拉格反射层，提高光反射。

所述dbr层结构可以为gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alxga1-xn/gan)m，其中0≤p≤1，0≤q≤1，0≤x≤1，10≤m≤30，不同折射率的gan层、aln层、alpinqga1-p-qn具有高折射率差异，与(alxga1-xn/gan)m折射率不同的周期性超晶格结构协同作用，形成分布式布拉格反射层，提高光反射。

所述dbr层结构可以为(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，其中0≤x≤1，0≤p≤1，0≤q≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，10≤m≤30，10≤n≤30，alpinqga1-p-qn插入于折射率差异的周期性超晶格结构(alxga1-xn/gan)m和(alyinzga1-y-zn/gan)n之间，形成折射率过渡或反差的分布式布拉格反射层，控制光反射效率。

所述dbr层结构可以为gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，其中0≤p≤1，0≤q≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，10≤n≤30，折射率反差较大的gan、aln、alpinqga1-p-qn插入于折射率差异的周期性超晶格结构(alyinzga1-y-zn/gan)n前面，形成折射率反差的分布式布拉格反射层，提升光反射效率。

所述dbr层结构可以为gan/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn，其中0≤p≤1，0≤q≤1，0≤s≤1，0≤t≤1，折射率反差较大的gan、aln、alpinqga1-p-qn和alsintga1-s-tn形成单周期折射率反差的分布式布拉格反射层，提升光反射效率。

所述dbr层结构可以为(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn，其中0≤x≤1，0≤p≤1，0≤q≤1，0≤s≤1，0≤t≤1，10≤m≤30，折射率反差较大的aln、alpinqga1-p-qn插入于折射率差异的周期性超晶格结构(alxga1-xn/gan)m和(alyinzga1-y-zn/gan)n中间，形成折射率过渡或反差的分布式布拉格反射层，调控光反射效率。

所述dbr层结构可以为(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn，其中0≤x≤1，0≤p≤1，0≤q≤1，0≤s≤1，0≤t≤1，10≤m≤30，折射率反差较大的alsintga1-s-tn、alpinqga1-p-qn插入于折射率差异的周期性超晶格结构(alxga1-xn/gan)m前面，形成折射率反差的分布式布拉格反射层，提升光反射效率。

所述dbr层103包括：gan/aln/(alxga1-xn/gan)m，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alxga1-xn/gan)m，或(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n或(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn或(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn或(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn的几种组成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤p≤1，0≤q≤1，0≤s≤1，0≤t≤1，10≤m≤30，10≤n≤30，可形成gan/aln/(alxga1-xn/gan)m，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alxga1-xn/gan)m，或(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n或(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，或gan/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn或(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn或(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn组合的g重组合结构，其中g≥1。

可形成gan/aln/(alxga1-xn/gan)m+gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alxga1-xn/gan)m，gan/aln/(alxga1-xn/gan)m+(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，gan/aln/(alxga1-xn/gan)m+(alxga1-xn/gan)m/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，gan/aln/(alxga1-xn/gan)m+gan/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn等二重组合结构。

亦可形成gan/aln/(alxga1-xn/gan)m+gan/aln/alpinqga1-p-qn/(alxga1-xn/gan)m+(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n，gan/aln/(alxga1-xn/gan)m+(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n+gan/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn，(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn+gan/aln/alpinqga1-p-qn/alsintga1-s-tn+(alxga1-xn/gan)m/aln/alpinqga1-p-qn/(alyinzga1-y-zn/gan)n等三重组合结构。

同理，可任意组合形成四重、五重、六重......g重组合结构，其中g≥1。

所述多量子阱102的发光波长为λ，其中1000nm≥λ≥200nm。

所述dbr103的掺杂可为p型掺杂，mg掺杂浓度为1e16~1e21cm^-3，或者非掺杂。

所述dbr103具有三组，分别为a、b、c组，每组的反射波长范围分别为λa、λb、λc，其中λ+20≥λa≥λ+10，λ+5≥λb≥λ-5，λ-10≥λc≥λ-20，每组的高反射度区段大于10nm，所述分布式布拉格反射层形成的高反射区段大于30nm，其中λ为多量子阱的发光波长。

所述a、b、c三组dbr103的折射率分别为na、nb和nc，厚度分别为da、db和dc，厚度满足da=λa/4na，db=λb/4nb，dc=λc/4nc。

所述多量子阱102的发光波长为455nm时，3组dbr103的反射波长中心值分别为470nm，455nm和440nm。

所述p型氮化物半导体104与多量子阱102之间具有dbr层103，而n型氮化物半导体101为增透层。

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。