本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種減少大電流下載流子泄露的發(fā)光二級(jí)管。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體發(fā)光二極管因其具有體積小、耗電低、壽命長(zhǎng)和節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。隨著金屬有機(jī)物物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）外延生長(zhǎng)技術(shù)的成熟，以（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P材料作為有源區(qū)的LED具有較高的內(nèi)量子效率。

（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P發(fā)光二極管一般需要在有源層與P型覆蓋層之間具有較大的帶隙差。然而，對(duì)于諸如670nm以下的短波長(zhǎng)發(fā)光二極管，要求采用高帶隙的有源層，而更高帶隙且晶格匹配的P型覆蓋層材料卻是有限的，如此造成P覆蓋層和有源層的帶隙差較小，當(dāng)注入大電流后，P覆蓋層對(duì)電子的限制局限即顯露出來：隨著注入電流的增加，有源區(qū)內(nèi)載流子密度增大，載流子很容易泄露到P型覆蓋層發(fā)生非輻射復(fù)合，導(dǎo)致內(nèi)量子效率降低。另外，隨著電流的加大產(chǎn)生的焦耳熱也將隨著注入電流的平方關(guān)系增加，隨著大量的焦耳熱產(chǎn)生，有源區(qū)的溫度升高，禁帶寬度隨之變窄，載流子填充水平也變高，因而導(dǎo)致光吸收損耗和載流子的泄露繼續(xù)變大，隨著大電流使用時(shí)間的加長(zhǎng)，電子的碰撞也會(huì)導(dǎo)致部分的本征激發(fā)或其他能級(jí)激發(fā)，將使芯片產(chǎn)品在引用過程中產(chǎn)生很多的不穩(wěn)定狀況。

圖1顯示了常規(guī)（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P發(fā)光二極管的能帶圖。在大電流下使用過程中，靠近P覆蓋層的量子阱內(nèi)的電子密度非常大，同時(shí)非輻射復(fù)合的增加，也使有源層的溫度上升，缺陷密度也隨之增加，會(huì)有越來越多的電流進(jìn)入P型層復(fù)合，降低了輻射量子效率，產(chǎn)品的品質(zhì)也極其不穩(wěn)定。上述常規(guī)大功率發(fā)光二極管一般使用Al_0.5In_0.5P作為P型限制層，而Al_0.5In_0.5P已經(jīng)在AlGaInP體系中帶隙達(dá)到最高，高帶隙材料中找不到匹配材料來減少電子的泄露。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)前述問題，本發(fā)明提出一種大功率發(fā)光二極管，其在有源層與P型覆蓋層之間插入高帶隙非匹配的周期性AlInP薄層結(jié)構(gòu)，通過精確控制失配AlInP薄層厚度，保證在彈性范圍內(nèi)無應(yīng)變釋放，同時(shí)保證周期性AlInP薄層結(jié)構(gòu)的總厚度有效限制電子的泄露，大大提高大功率芯片的使用壽命和工作穩(wěn)定性。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案為：發(fā)光二極管，包括N型覆蓋層、Al_aGa_1-aInP多量子阱有源層和P型Al_bIn1-_bP覆蓋層(0＜b≤0.5)，在所述有源層與P型Al_bIn_1-bP覆蓋層之間插入一周期結(jié)構(gòu)，所述周期結(jié)構(gòu)由Al_xIn_1-xP層和Al_yIn_1-yP層交替堆疊（其中0.5＜x＜1，0＜y≤0.5），所述Al_xIn_1-xP層的帶隙大于所述P型Al_bIn_1-bP覆蓋層的帶隙，其晶格常數(shù)與所述P型Al_bIn_1-bP覆蓋層失配，所述Al_yIn_1-yP層的晶格常數(shù)與所述P型Al_bIn1-_bP覆蓋層匹配。

優(yōu)選地，所述周期結(jié)構(gòu)之Al_xIn_1-xP層的單層厚度滿足在彈性范圍內(nèi)無應(yīng)變釋放，但其總厚度確保能夠電子阻擋，并減少直接隧穿效應(yīng)。

優(yōu)選地，所述周期結(jié)構(gòu)為非超晶格結(jié)構(gòu)，防止超晶格結(jié)構(gòu)中的直接隧穿效應(yīng)。

優(yōu)選地，所述Al_xIn_1-xP層中的Al組分x比所述P型Al_bIn₁-_bP覆蓋層中的Al組分b高出20%~60%。

優(yōu)選地，所述Al_xIn_1-xP層中的Al組分x為60~80%。

優(yōu)選地，所述周期結(jié)構(gòu)具有3-10個(gè)周期的Al_xIn_1-xP層和Al_yIn1-_yP層。

優(yōu)選地，所述Al_xIn_1-xP層的總厚度為100nm~1000nm。

優(yōu)選地，所述周期結(jié)構(gòu)中的Al_xIn_1-xP層的單層厚度為50~100nm。

優(yōu)選地，所述Al_xIn_1-xP層為局部摻雜，其中鄰近所述有源層的部分非故意摻雜。

優(yōu)選地，所述Al_xIn_1-xP層鄰近所述P型Al_bIn1-_bP覆蓋層的部分具有P型摻雜，其濃度為5e17~5e18，更佳的為7e17 -1e18。

優(yōu)選地，所述P型Al_bIn1-_bP覆蓋層中的Al組分b與所述周期結(jié)構(gòu)中的Al_yIn_1-yP層的Al組分y相同。

優(yōu)選地，所述P型Al_bIn1-_bP覆蓋層的Al組分b和所述周期結(jié)構(gòu)中的Al_yIn_1-yP層的Al組分y均為50%。

優(yōu)選地，所述周期結(jié)構(gòu)中的Al_yIn_1-yP層的Al組分y小于所述P型覆蓋層的Al組分b。由于Al_xIn_1-xP層為非晶格匹配的高帶隙層，其內(nèi)具有應(yīng)變，容易導(dǎo)致外延翹曲通過降低Al_yIn_1-yP的Al組分作反向應(yīng)變，達(dá)到應(yīng)力平衡。

本發(fā)明所述發(fā)光二極管可以減少大電流下載流子的泄露，增強(qiáng)大功率產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

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

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。

圖1為常規(guī)大功率發(fā)光二極管的能帶圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種大功率發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明第一個(gè)較佳實(shí)施例之一種大功率發(fā)光二極管的能帶圖。

圖4顯示了不同發(fā)光二極管隨電流變化的發(fā)光功率曲線圖。

圖5為本發(fā)明第二個(gè)較佳實(shí)施例之一種大功率發(fā)光二極管的能帶圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

下面各實(shí)施例公開了一種大功率發(fā)光二極管，其發(fā)光波長(zhǎng)一般在670nm以下，在有源層與覆蓋層之間的帶隙差較小的情況下，通過在有源層與P型覆蓋層之間設(shè)置由高帶隙、非匹配的Al_xIn_1-xP層與較低帶隙、匹配的Al_yIn_1-yP層構(gòu)成的周期結(jié)構(gòu)，達(dá)到阻擋電子的效果，該周期結(jié)構(gòu)之Al_xIn_1-xP層的單層厚度滿足在彈性范圍內(nèi)無應(yīng)變釋放，但其總厚度確保能夠阻擋電子，并減少直接隧穿效應(yīng)。Al_xIn_1-xP層/Al_yIn_1-yP 周期結(jié)構(gòu)以周期的形式來增加Al_xIn_1-xP層厚度，但非超晶格結(jié)構(gòu)，防止超晶格結(jié)構(gòu)中的直接隧穿效應(yīng)。

實(shí)施例一

如圖2所示，本發(fā)明第一個(gè)較佳實(shí)施例之一種大功率發(fā)光二極管，從上到下依次可以包括GaAs生長(zhǎng)襯底210、N型覆蓋層220、有源層230、Al_xIn_1-xP層/Al_yIn_1-yP 周期結(jié)構(gòu)240、P型覆蓋層250。進(jìn)一步地，GaAs生長(zhǎng)襯底210與N型覆蓋層220之間還可以設(shè)有緩沖層、蝕刻截止層、N型歐姆接觸層220等，在N型覆蓋層220與有源層230之間可以含有N型波導(dǎo)層，在有源層230與周期結(jié)構(gòu)240之間可以設(shè)有P型波導(dǎo)層，在P型覆蓋層250上方還可以設(shè)有電流擴(kuò)散層、窗口層等，其中緩沖層可為GaAs，蝕刻截止層可以為GaInP，N型歐姆接觸層可以選用GaAs。

具體地，有源層230為多量子阱結(jié)構(gòu)，其中壘層為(Al_a1Ga_1-a1)_0.5 In_0.5P（0.1≤a1≤0.3），阱層為(Al_a2Ga_1-a2)_0.5 In_0.5P（a2≤0.05），N型覆蓋層220和P型覆蓋層250的材料根據(jù)有源層230的帶隙進(jìn)行選擇，對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)為670nm以上的有源層，其帶隙較低，覆蓋層的材料選擇較多，可以選用AlGaAs或AlGaInP，對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)為670nm以下，特別是640nm以下的有源層，其帶隙較大（一般為1.9eV以上），則覆蓋層需要采用高帶隙材料，一般選用Al_bIn₁-_bP材料(0＜b≤0.5)，而在AlGaInP材料體系中帶隙最高的匹配材料為Al_0.5In_0.5P，因此在本實(shí)施例中，N型覆蓋層220和P型覆蓋層250均采用Al_0.5In_0.5P材料，可使得有源層230與P型覆蓋層240之間帶隙差最大化。

Al_xIn_1-xP/Al_yIn_1-yP周期結(jié)構(gòu)240設(shè)置于有源層230與覆蓋層250之間，其中Al_xIn_1-xP層為高帶隙、非晶格匹配薄層，其Al組分x的取值為：0.5＜x＜1，Al_yIn_1-yP層為低帶隙、晶格匹配薄層，其Al組分y的取值為：0＜y≤0.5，在本實(shí)施例中Al_yIn_1-yP薄層直接選用與P型覆蓋層一致的材料（兩者的Al組分相同）。進(jìn)一步地，Al_xIn_1-xP薄層的Al組分x比與Al_yIn_1-yP薄層中的Al組分Y高出20%~60%，x的較佳取值為 60~80%，保證Al_xIn_1-xP薄層與有源層230之間具有足夠大的帶隙差，圖3顯示了上述大功率發(fā)光二極管的能帶圖。

在本實(shí)施例中，使用非匹配Al_xIn_1-xP薄層，提高Al組分增加帶隙，并精確控制Al_xIn_1-xP薄層單層的厚度，防止出現(xiàn)應(yīng)力產(chǎn)生的缺陷，同時(shí)以周期的形式來增加厚度，控制總厚度以確保達(dá)到電子阻擋的效果。較佳的，Al_xIn_1-xP層的單層厚度為50~100nm之間，當(dāng)小于50nm時(shí)厚度，周期結(jié)構(gòu)的勢(shì)阱波函數(shù)耦合程度很高，電子的隧穿幾率較高，電子阻擋效果較弱，當(dāng)超過100nm時(shí)，非晶格匹配的Al_xIn_1-xP層很有可能發(fā)生馳豫應(yīng)變，產(chǎn)生新的缺陷。Al_yIn_1-yP層的單層厚度同樣為50~100nm之間，這樣可以起到較佳的緩沖作用。Al_xIn_1-xP薄層的總厚度為150~1000nm即可，Al_xIn_1-xP/Al_yIn_1-yP周期結(jié)構(gòu)的周期為3~10個(gè)周期，較佳的為3~6周期。

進(jìn)一步的，Al_xIn_1-xP/Al_yIn_1-yP周期結(jié)構(gòu)240優(yōu)選為局部故意摻雜，其中鄰近有源層230的部分為非故意摻雜，鄰近P型覆蓋層的部分具有P型摻雜，其摻雜濃度為5e17~5e18。較佳的，鄰近有源層的兩個(gè)周期為未故意摻雜，其他部分均為摻雜，其摻雜濃度為7e17~1e18。如果Al_xIn_1-xP/Al_yIn_1-yP周期結(jié)構(gòu)240完全未摻雜，容易造成發(fā)光二極管整體VF值升高，如果Al_xIn_1-xP/Al_yIn_1-yP周期結(jié)構(gòu)240整體進(jìn)行摻雜，則會(huì)增加電子在此周期結(jié)構(gòu)的隧穿，降低其阻擋電子的作用。

圖4顯示了不同發(fā)光二極管隨電流變化的發(fā)光功率曲線圖。從該圖可見隨著工作電流的逐漸增高，傳統(tǒng)常規(guī)結(jié)構(gòu)則較早的出現(xiàn)了電子過溢的現(xiàn)象，而本實(shí)施例所述的發(fā)光二極管減少大電流下載流子的泄露。

實(shí)施例二

圖5顯示了本發(fā)明第二個(gè)較佳實(shí)施例之一種大功率發(fā)光二極管的能帶圖。與實(shí)施例一的區(qū)別在于：本實(shí)施例之大功率發(fā)光二極管的Al_xIn_1-xP/Al_yIn_1-yP周期結(jié)構(gòu)240中Al_yIn_1-yP薄層的Al組分y小于P型覆蓋層250的Al組分b。由于Al_xIn_1-xP層為非晶格匹配的高帶隙層，其內(nèi)具有應(yīng)變，容易導(dǎo)致外延翹曲。在本實(shí)施例，可降低Al_yIn_1-yP的Al組分作反向應(yīng)變，達(dá)到應(yīng)力平衡。

很明顯地，本發(fā)明的說明不應(yīng)理解為僅僅限制在上述實(shí)施例，而是包括利用本發(fā)明構(gòu)思的所有可能的實(shí)施方式。