具有多量子阱和非对称p-n结的发光二极管的制作方法_4

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的所有量子阱中的光发射良好的均匀化。此外,在这种情况下,缓冲层的厚度可以 大于大约20nm。
[0089] 上述的二极管100的示例性实施例包括包含下述半导体(所述的示例中的InGaN) 的缓冲层110,该半导体的铟组分近似等于阻挡层108的半导体中的铟组分。作为变体,缓 冲层110的半导体中的铟组分可以与阻挡层108的半导体中的铟组分不同,具体地说,缓冲 层110的半导体中的铟组分可以多于阻挡层108的半导体中的铟组分。
[0090] 此外,上述的二极管100包括包含下述半导体的缓冲层110,该半导体在整个缓冲 层110中具有恒定的铟组分。作为变体,缓冲层110的半导体中表示为Z的铟组分可以沿着 与缓冲层110的第一面116近似垂直的方向(换言之,沿着与图7中所示的Z轴平行的缓冲 层110的厚度)在第一值Z 1与大于第一值Z 4勺第二值Z 2之间变化,其中第一 GaN-n层102 被定位成与缓冲层110的第一面116接触,并且其中,缓冲层110的第一面116处的铟组分 z等于第一值Z1。在这种情况下,有利地是具有下述缓冲层110,该缓冲层110中的半导体 包括可变的铟组分使得该半导体中铟组分的值可以逐渐地从第一层1〇2(在上述的示例中 等于零)变化到在与第一面116相对的面118处与缓冲层110接触的第一阻挡层108. 1的 半导体中的铟组分的值。
[0091] 图13示出了在二极管100的不同层的半导体中铟组分的分布变化的第一示例。第 一 GaN-n层102中的铟组分近似为零。缓冲层110中的铟组分在第一近似零值Z1与第二 值Z2= X或者z 2彡X之间递增改变(例如以指数方式),其中X对应于阻挡层108的半导 体中的铟组分。发射层106的半导体中的铟组分表示为y并且大于值X。最后,第二GaN-p 层104中的铟组分近似为零。可以通过制造缓冲层110和第一阻挡层108. 1,使得这两个层 的厚度的和大于或者等于大约5nm来设想缓冲层110中的铟组分的这种变化。缓冲层110 中的铟组分的这种变化分布具有下述优势:将第一层102中的半导体的网格参数逐步适应 到第一阻挡层108. 1中的半导体的网格参数。
[0092] 图14示出了在二极管100的不同层的半导体中铟组分的分布变化的第二示例。与 上文参照图13描述的第一示例不同,缓冲层110的半导体中的铟组分首先线性地从第一近 似零值Z1增加到大于值X的第三值Z 3,然后线性地从第三值Z3减小到第二值Z 2= X或者 Z2^ X。缓冲层110中的铟组分的这种变化分布具有下述优势:进一步促进空穴在二极管 100的不同量子阱中的迀移。
[0093] 在另一变体中,还可以阻挡层108中的每个阻挡层包括下述半导体,该半导体的 铟组分与其它阻挡层108的半导体中的铟组分不同。图15示出了在这种二极管的不同层 中的半导体中铟组分的变化的分布的示例。该图示出了第一阻挡层108. 1的半导体中的铟 组分X1等于缓冲层110的半导体中的铟组分。作为变体,缓冲层110的半导体中的铟组分 可以是可变的,例如如先前参照图13和图14所描述的那样。第二阻挡层108. 2中的铟组 分X2小于X i。同样地,第三阻挡层108. 3中的铟组分X3小于X 2,并且第四阻挡层108. 4中 的铟组分X4小于X 3。显然,非常可能的是二极管100应该取决于二极管100中包括的量子 阱的数量而具有不同数量的阻挡层。这样的变体可以有利地用于包含至少三个量子阱并且 优选参照以下参数制造的二极管。
[0094] 当二极管100包括η个量子阱并且因此包括η个发射层106 (且3彡η彡5)时, 那么:
[0095] -发射层106的半导体优选地包括大约10%与30%之间的铟;
[0096] -第一阻挡层108 (与缓冲层110接触的层)的半导体包括优选地大于大约4%的 铟组分X1,而最后的阻挡层108 (与第二GaN-p层104接触的层)的半导体包括优选地等于 大约0. 5%的铟组分Χηι(其中m为二极管中的阻挡层的总数);
[0097] -缓冲层110的厚度优选地大于大约5nm。
[0098] 因此,对于包括由五个量子阱或者由具有发射层106中的铟组分y等于大约16% 的五个发射层106组成的活性区105的二极管100而言,第一阻挡层108. 1可以由具有等 于大约6. 5%或者7. 5%的铟组分X1的半导体制成。其它阻挡层的铟组分可以针对随后的 阻挡层中的每个阻挡层来减少1 %直到到达最后的阻挡层108. 6 (与第二GaN-p层104接触 的层),然后最后的阻挡层108. 6的铟组分知等于大约0. 5%或者大约1. 5%。
[0099] 当二极管100包括η个量子阱(且5彡η彡10)时,那么:
[0100]-发射层106的半导体优选地包括大约10%与30%之间的铟;
[0101] -第一阻挡层108的半导体包括优选地大于大约8%的铟组分X1,而最后的阻挡层 108的半导体包括优选地等于大约0. 5 %的铟组分Xni;
[0102] -缓冲层110的厚度优选地大于大约5nm。
[0103] 当二极管100包括η个量子阱(且η彡10)时,那么:
[0104] -发射层106的半导体优选地包括大约10%与30%之间的铟;
[0105] -第一阻挡层108的半导体包括优选地大于大约12%的铟组分X1,而最后的阻挡 层108的半导体包括优选地等于大约2. 5 %的铟组分Xni;
[0106] -缓冲层110的厚度优选地大于大约5nm。
[0107] 因此,对于包括由十个量子阱或者由具有发射层中的铟组分y等于大约16%的 十个发射层106组成的活性区105的二极管而言,第一阻挡层108. 1可以由具有等于大约 14%的铟组分X1的半导体制成。其它阻挡层的铟组分可以针对随后的阻挡层中的每个阻 挡层来减少1 %直到到达最后的阻挡层108. 11,最后的阻挡层108. 11的铟组分X11等于大 约3% ο
[0108] 在一变体实施例中,第二层104的ρ掺杂的半导体可以部分地由铟组成并且例如 是P掺杂的InGaN。在这种情况下,二极管100的其它元素(缓冲层110、阻挡层108、发射 层106)的铟组分的值可以例如是基于先前描述的值,但是其中位于第二层104的半导体中 的铟的百分比增加。此外,根据该变体,缓冲层110的半导体中的铟组分将优选地类似于与 缓冲层110接触的第一阻挡层108的半导体中的铟组分,或者缓冲层110的半导体中的铟 组分可以是可变的并且具体地如先前参照图13和图14所描述的那样它可以是更高的。
[0109] 最后,η掺杂半导体的第一层102与二极管100的缓冲层110还可以对应于相同 的η掺杂半导体的单层,例如InGaN-n。在这种情况下这样的层中施主掺杂剂的浓度可以 类似于上述的第一 GaN-n层102的浓度,并且这样的层的铟组分可以类似于上述的缓冲层 110的铟组分。
[0110] 这样的层的厚度可以在大约20nm与10 μm之间。
[0111] 该η掺杂半导体层的单层可以与娃衬底、蓝宝石衬底、SiC衬底或者甚至本征GaN 衬底接触,或者与硅、SiC等的η掺杂层接触。
[0112] 在另一变体中,二极管100的ρ-η结可以由第一 InGaN-n层102和第二InGaN-p层 104形成。缓冲层110和第二层104的材料使得缓冲层110的η掺杂的半导体具有小于或者 等于第二层104的ρ掺杂的半导体的带隙能量的大约97 %的带隙能量(Eg11。彡0. 97Eg 1Q4), 这导致了缓冲层110的η掺杂的半导体中的铟浓度比第二层104的ρ掺杂的半导体中的铟 浓度高至少2. 5%。在这种情况下,上述的处于不同关系的阻挡层108和发射层106的半导 体中的铟浓度X和y的值根据第二层104的ρ掺杂半导体中的铟浓度的值而增加。
[0113] 在上述的不同的示例和变体中,用于二极管100的不同元素的半导体是GaN(外加 了铟以制造发射层、阻挡层和缓冲层,并且还可以制造第一层102和/或第二层104)。
[0114] 然而,可以根据任何半导体来制造二极管100,根据该半导体可以制造适于具有多 个量子阱的发光二极管的Ρ-η结并且对于电子和空穴具有大的迀移率差异和/或大的掺 杂差异。还可以使用例如诸如GalnN、ZnO、ZnMgO或者ZnMgO之类的大带隙半导体而不是 GaN,这些大带隙半导体可以潜在地用于在对应于蓝色或者紫外线的波长的范围中进行光 发射。还可以使用较小带隙半导体,例如诸如InP、GaP、InGaP、InAs、GaAs、InGaAs、AlGaInP、 AlGaAs0
[0115] 作为变体,二极管100还可以包括放置在最后的阻挡层(对应于上述的示例中的 层108. 4)与第二ρ掺杂的半导体层104之间的例如包括AlGaN的电子阻隔层。
[0116] 这样的电子阻隔层可以进一步阻止电子转移到第二ρ掺杂的半导体层104。
[0117] 这种类型的电子阻隔层还可以降低DR00P,换言之当二极管中的电流密度增加时 内量子效率的下降,这种下降部分是由于当电流增加时电子从活性区逃逸而造成的。参照 图12,当电流密度大于大约5
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