[0022] 優(yōu)選地，所述的多量子阱包括周期性堆疊結(jié)構(gòu)，其中所有周期性堆疊結(jié)構(gòu)的堆疊順序?yàn)榈谝蛔訉?、第二子層和第三子層的至少兩個(gè)周期堆疊而成，其中所述第一子層的能級(jí)帶隙Eg1、第二子層的能級(jí)帶隙Eg2和第三子層的能級(jí)帶隙Eg3的關(guān)系為Eg1
[0023] 優(yōu)選地，所述多量子阱的至少一個(gè)周期性結(jié)構(gòu)中，第一子層進(jìn)一步由至少兩種半導(dǎo)體材
料堆疊而成，至少兩種半導(dǎo)體材料的堆疊方式為逐漸靠近第二子層側(cè)Eg由低到高。
[0024] 優(yōu)選地，所述多量子阱的至少一個(gè)周期性結(jié)構(gòu)中，第二子層進(jìn)一步由至少兩種半導(dǎo)體材料堆疊而成，至少兩種半導(dǎo)體材料的堆疊方式為逐漸遠(yuǎn)離第一子層側(cè)Eg由低到高。
[0025] 優(yōu)選地，所述多量子阱的至少一個(gè)周期性結(jié)構(gòu)中，第三子層進(jìn)一步由至少兩種半導(dǎo)體材料堆疊而成，至少兩種半導(dǎo)體材料的堆疊方式為逐漸遠(yuǎn)離第二子層側(cè)Eg由低到高并且都高于第二子層的Eg2，更優(yōu)選地，所述第三子層的至少兩種半導(dǎo)體材料的Eg均高于第二子層的Eg2?至少1.5eV。
[0026] 本發(fā)明提出的所述的外延結(jié)構(gòu)可廣泛地適用于所有發(fā)光區(qū)域的發(fā)光二極管，所述的多量子阱結(jié)構(gòu)在發(fā)光二極管中提供發(fā)光輻射，通過在傳統(tǒng)的兩層不同半導(dǎo)體材料組成的的阱和壘重復(fù)性周期堆疊多量子阱結(jié)構(gòu)的
基礎(chǔ)上，所述的多量子阱的至少兩個(gè)周期結(jié)構(gòu)的在每一堆疊的壘層上多生長一帶隙更高于勢壘層?(Eg2)?的額外局限層(Eg3)，額外勢壘能提供更好的局限效果，在元件操作時(shí)，處于外加
偏壓情形下所造成的能帶傾斜，如導(dǎo)入第三子層Eg3與Eg2的差值至少為1.5eV，將產(chǎn)生一高帶隙勢壘的凸出?(potential?barrier?spike)，藉由此一特殊能帶差異設(shè)計(jì)，更能防止載流子溢流，增加輻射復(fù)合效率，提升亮度。
[0027] 此外，帶隙高意味著更接近絕緣，控制合適的厚度Eg3層于MQW的每一層中，能夠有效保證其對(duì)載流子的局限效果，同時(shí)能夠阻擋逆向
電流，改善老化的
漏電流能
力。
[0028] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的
說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、
權(quán)利要求書以及
附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
附圖說明
[0029] 附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的
實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0030] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例一樣品一發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖2a、2b為本發(fā)明實(shí)施例一樣品一發(fā)光二極管的TEM圖。
[0032] 圖3是發(fā)光二極管的量子阱的?
X射線能譜線掃描成分輪廓分析圖。
[0033] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例一的波長-亮度散點(diǎn)圖。
[0034] 圖5-8是本發(fā)明實(shí)施例二到實(shí)施例七的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0035] 為使本發(fā)明之一種帶有高能級(jí)帶隙超晶格層的發(fā)光二極管更易于理解其實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)及其所具的實(shí)用性，下面便結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明若干具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。但以下關(guān)于實(shí)施例的描述及說明對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。
[0036] 應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明所使用的術(shù)語僅出于描述具體實(shí)施方式的目的，而不是旨在限制本發(fā)明。如本發(fā)明所使用的，單數(shù)形式“一”、“一種”和“所述”也旨在包括復(fù)數(shù)形式，除上下文清楚地表明之外。應(yīng)進(jìn)一步理解，當(dāng)在本發(fā)明中使用術(shù)語“包含”、"包括"、“含有”時(shí)，用于表明陳述的特征、整體、步驟、操作、元件、和/或封裝件的存在，而不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、封裝件、和/或它們的組合的存在或增加。
[0037] 除另有定義之外，本發(fā)明所使用的所有術(shù)語（包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的含義相同的含義。應(yīng)進(jìn)一步理解，本發(fā)明所使用的術(shù)語應(yīng)被理解為具有與這些術(shù)語在本說明書的上下文和相關(guān)領(lǐng)域中的含義一致的含義，并且不應(yīng)以理想化或過于正式的意義來理解，除本發(fā)明中明確如此定義之外。
[0038] 本發(fā)明第一個(gè)較佳實(shí)施例為氮化鎵基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，但不限于此。可變換地，發(fā)光二極管可以具有正裝或倒裝型結(jié)構(gòu)。圖1顯示了該發(fā)光二極管所采用的外延結(jié)構(gòu)示意圖，所述的外延結(jié)構(gòu)由下至上依次包括：N型導(dǎo)通層110、
發(fā)光層120、P型電子阻擋層130和P型導(dǎo)通層140。該發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)
外延生長襯底上MOCVD生長獲得。外延結(jié)構(gòu)通過將P型導(dǎo)通層側(cè)轉(zhuǎn)移到永久襯底上獲得芯片，本發(fā)明采用現(xiàn)有的垂直發(fā)光二極管制備方式獲得。
[0039] 其中N型導(dǎo)通層110和P型導(dǎo)通層140由氮化物基半導(dǎo)體層制成，其具有比發(fā)光層120更寬的帶隙，在具體的實(shí)施例中，可以AlGaN層或GaN。
[0040] P型電子阻擋層130位于發(fā)光層120與P型導(dǎo)通層140之間，其能級(jí)帶隙大于P型導(dǎo)通層140的能級(jí)帶隙，由含有Al的氮化物基半導(dǎo)體層制成，可以是
單層或多層結(jié)構(gòu)，例如超晶格結(jié)構(gòu)。
[0041] 發(fā)光層120由至少兩個(gè)周期結(jié)構(gòu)構(gòu)成，每個(gè)周期結(jié)構(gòu)一般至少包含兩個(gè)不同材料的薄層結(jié)構(gòu)，其材料為氮化物基半導(dǎo)體層，較佳的為非故意摻雜，其中至少兩個(gè)周期結(jié)構(gòu)A包含第一子層、第二子層和第三子層，其中述第一子層的能級(jí)帶隙Eg1、第二子層的能級(jí)帶隙Eg2和第三子層的能級(jí)帶隙Eg3的關(guān)系為Eg1
疊加一層第三子層，形成額外勢壘能提供更好的局限效果，在元件操作時(shí)，處于外加偏壓情形下所造成的能帶傾斜，藉由此一高帶隙勢壘的凸出?(Eg3，potential?barrier?spike)?更能防止載流子溢流，增加輻射復(fù)合效率，提升亮度。此外，帶隙高意味著更接近絕緣，如生長適當(dāng)?shù)暮穸菶g3層于MQW的每一層中，將更能阻擋逆向電流，改善老化的漏電流能力。另外，該階梯狀勢壘(Eg2應(yīng)力。第三子層Eg3優(yōu)選為大于Eg2至少1.5eV，以保證其對(duì)載流子的局限效果，有效防止載流子的溢流狀況。厚度優(yōu)選為30埃以下。第一子層和第二子層的厚度用于調(diào)整阱和壘的厚度，第三子層的厚度若較薄，額外勢壘能提供的局限效果不夠明顯，若第三子層的厚度較厚，則會(huì)導(dǎo)致其導(dǎo)電性較差，發(fā)光區(qū)的性能降低，電壓升高。[0042] 該結(jié)構(gòu)更佳適用于氮化物基發(fā)光二極管，發(fā)光波長為210-420nm。優(yōu)選地，周期結(jié)構(gòu)A可以采用InGaN/AlGaN/AlN、GaN/AlGaN/AlN或者InGaN/AlInGaN/AlN或者InGaN/GaN/AlN。例如第一子層121可以采用InxGa1-xN，其中x值大小可以調(diào)整發(fā)光波長，若x較大，則發(fā)光波長較短，若x較小則發(fā)光波長較長，第二子層122可以采用InyAlzGa1-y-zN（其中0≤y≤1，0≤z≤1，y+z≤1），第三子層123優(yōu)選為AlwGa1-wN（w為0 1之間）。同時(shí)，通過第一子層的In~
含量能夠調(diào)整Eg1，通過第二子層Al和In含量可以調(diào)整Eg2，通過第三子層Al含量可以調(diào)整Eg3。第一子層Eg1優(yōu)選為3.3-3.5eV，更優(yōu)選為3.3-3.4eV，厚度優(yōu)選為300埃以下，第二子層Eg2優(yōu)選為3.55-3.9eV，更優(yōu)選為3.59-3.70?eV厚度優(yōu)選為300埃以下。第三子層的Eg3為大于1.5eV，更優(yōu)選地，第三子層為AlN，Eg3為6.2eV，所述的第三子層的厚度為10-15埃。此外，氮化物發(fā)光二極管，主要采用In和Al摻雜獲得量子阱的阱和壘的材料，而晶格常數(shù)的排布趨勢是InN
晶格匹配，有助于應(yīng)力釋放，提升晶體質(zhì)量。相反，若將所述的Eg3設(shè)置于阱和壘之間，載流子遷移相對(duì)于本發(fā)明的階梯式的結(jié)構(gòu)更難，并且對(duì)于Eg3的第三子層與第一子層之間的應(yīng)力差異較大，對(duì)于應(yīng)力釋放并不如本發(fā)明的階梯式排列順序。
[0043] 下面為兩種主發(fā)光波長為365-370nm的紫外LED垂直芯片樣品，永久襯底為
硅襯底，P型電子阻擋層為AlGaN。芯片尺寸為325μm*325μm，其中樣品一采用圖1所示的外延結(jié)構(gòu)，生長襯底為藍(lán)
寶石，N型半導(dǎo)體層為AlGaN，P型半導(dǎo)體層為AlGaN，發(fā)光層120具體采用InxGa1-xN（x含量為0.5?at%，層平均厚度為76埃）/AlzGa1-zN（z含量為8at%，層平均厚度為177埃）/AlN三層交替堆疊（層平均厚度為10埃），周期數(shù)量為5，形成的高能級(jí)帶隙結(jié)構(gòu)，樣品二不同的是，多量子阱采用常規(guī)的InGaN和AlGaN的堆疊結(jié)構(gòu)，其它層與樣品一相同，多量子阱層采用InxGa1-xN（x含量為0.5?at%，層平均厚度為76埃）/AlzGa1-zN（z含量為8at%，層平均厚度為177埃）兩層交替堆疊形成一個(gè)周期，周期數(shù)量為5。
[0044] 圖2a為樣品一的透射電鏡圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)發(fā)光層多量子阱為五個(gè)周期的堆疊結(jié)構(gòu)。圖2b為樣品一多量子阱層放大倍數(shù)的透射電鏡圖，可以測量出每一周期結(jié)構(gòu)中第一子層、第二子層、第三子層的厚度分布情況。
[0045] 圖3為多量子阱的?EDX線性掃描成分輪廓分析圖，從圖中可以看出周期結(jié)構(gòu)數(shù)量以及每一個(gè)周期中Al含量變化趨勢，并大致地確定每一個(gè)周期結(jié)構(gòu)的堆疊方式以及相對(duì)厚度。
[0046] 圖4顯示了樣品一（a和b）和樣品二（a和b）電流150mA下的波長-亮度散點(diǎn)圖，由于MOCVD生長外延片時(shí)所采用的承載盤為圓形結(jié)構(gòu)，承載盤上的不同
位置的外延片會(huì)導(dǎo)致生長質(zhì)量不同，因此將承載盤中同一個(gè)位置的樣品一和樣品二的兩個(gè)外延片樣品進(jìn)行對(duì)比，其中右側(cè)的實(shí)心點(diǎn)測試數(shù)據(jù)表示樣品一的兩個(gè)位置的生長樣品，左側(cè)的實(shí)心點(diǎn)的測試數(shù)據(jù)表示樣品二的兩個(gè)位置的生長樣品。從圖4中可看出，兩個(gè)樣品的發(fā)射波長都在波段為365-370nm之間分布，樣品一的兩個(gè)樣品的發(fā)
光亮度明顯高于樣品二的發(fā)光亮度，即樣品一的亮度大幅提升。并且通過測試熱冷態(tài)因子H/C（在85℃和25℃條件下亮度比值），樣品一（a和b）的H/C為78-80%，相對(duì)于傳統(tǒng)的H/C值（低于70%）高，有效改善了熱態(tài)操作的亮度
穩(wěn)定性。
[0047] 將上述兩種樣品在環(huán)境
溫度為65℃、
結(jié)溫125℃的條件下，施加電流150mA老化測試48H或96H，然后施加反向電壓5V的老化漏電電流測試實(shí)驗(yàn)，△IR?表示的是48H或96H時(shí)電流值與最初始狀態(tài)的電流值的差值，此差值越小，代表二級(jí)管的量子井質(zhì)量越好，PN結(jié)在反向電壓下更不易有電流導(dǎo)通過，?意味著元件在后續(xù)的操作使用上，有更穩(wěn)定的逆向特性，測試下面各項(xiàng)參數(shù)。從下面表一可以看出，樣品一（a，b）的老化漏電電流明顯改善。
[0048] 表一在前面的實(shí)施例中，發(fā)光二極管的發(fā)光層120的周期結(jié)構(gòu)主要由第一種周期結(jié)構(gòu)A（包括第一子層121、第二子層122和第三子層123）構(gòu)成。
[0049] 發(fā)明在另一個(gè)實(shí)施例（實(shí)施例二）中，發(fā)光層120也可以為組合式結(jié)構(gòu)，例如至少由第一種周期結(jié)構(gòu)A和第二種周期結(jié)構(gòu)B構(gòu)成，其中第一種周期結(jié)構(gòu)A的各子層可以參考實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置，第二種周期結(jié)構(gòu)B只需要由第四子層124和第五子層125構(gòu)成，其中第四、第五子層的材料可以與第一子層至第二子層相同，也可以不同。
[0050] 在一個(gè)具體的實(shí)施例三中，第一種周期結(jié)構(gòu)A鄰近P型電子阻擋層130設(shè)置，第二種周期結(jié)構(gòu)B鄰近N型導(dǎo)通層110設(shè)置，第四子層124采用與第一子層121相同的材料層，第五子層125采用與第二子層122相同的材料，例如第一周期結(jié)構(gòu)A為樣品一的結(jié)構(gòu)：InGaN/AlGaN/AlN，其周期數(shù)為兩個(gè)以上，例如2-29周期，第二周期結(jié)構(gòu)B采用樣品二的結(jié)構(gòu)InGaN/AlGaN設(shè)置，其周期數(shù)為一個(gè)以上，例如1-28，參見圖5。
[0051] 在另一個(gè)具體的實(shí)施例四中，第一種周期結(jié)構(gòu)A鄰近N型導(dǎo)通層110設(shè)置，第二種周期結(jié)構(gòu)B鄰近電子阻擋層130設(shè)置，第四子層124采用與第一子層121相同的材料層，第五子層125采用與第二子層122相同的材料，例如第一周期結(jié)構(gòu)A為樣品一的InGaN/AlGaN/AlN，其周期數(shù)為兩個(gè)以上，例如2-29周期，第二周期結(jié)構(gòu)B采用樣品二的結(jié)構(gòu)InGaN/AlGaN設(shè)置，其周期數(shù)為一個(gè)以上，例如1-28。
[0052] 在另一個(gè)具體的實(shí)施例五中，至少一個(gè)周期性結(jié)構(gòu)的第一子層為兩種半導(dǎo)體材料組合而成，兩種半導(dǎo)體層材料1211和1212的堆疊順序?yàn)镋g由低到高的形式。例如樣品一的結(jié)構(gòu)：InGaN/AlGaN/AlN，其周期數(shù)為2個(gè)以上，例如2-29周期，其中至少一個(gè)周期中InxGa1-xN為兩種不同含量的In（具體的x含量為0 0.03）堆疊而成，如圖6。~
[0053] 在一個(gè)具體的實(shí)施例六中，至少一個(gè)周期性結(jié)構(gòu)的第二子層為兩種半導(dǎo)體材料組合而成，兩種半導(dǎo)體層材料1221和1222的堆疊順序?yàn)镋g由低到高的形式。例如樣品一的結(jié)構(gòu)：InGaN/AlGaN/AlN，其周期數(shù)為2以上，例如2-29周期，其中至少一個(gè)周期中的第二子層為不同y和z的InyAlzGa1-y-zN組成，通過In和Al含量的調(diào)整而調(diào)整第二子層的至少兩種半導(dǎo)體材料的Eg。更優(yōu)選地，所述的y含量位于0 0.02之間，所述的z含量位于0.06 0.12之間，~ ~如圖7。
[0054] 在一個(gè)具體的實(shí)施例七中，至少一個(gè)周期性結(jié)構(gòu)的第三子層為兩種半導(dǎo)體材料組合而成，至少兩種半導(dǎo)體層材料1231和1232的堆疊順序?yàn)镋g由低到高的形式。例如樣品一的結(jié)構(gòu)：InGaN/AlGaN/AlN，其周期數(shù)為2以上，例如2-29周期，更優(yōu)選的，至少一個(gè)周期中AlN替換為AlGaN與AlN組合堆疊而成，第三子層至少兩種半導(dǎo)體材料的Eg優(yōu)選為大于Eg2至少為1.5eV，如圖8。
[0055] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
