高发射功率和低效率降低的半极性蓝色发光二极管制造技术

本发明专利技术涉及高发射功率和低效率降低的半极性蓝色发光二极管(LED)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高发射功率和低效率降低的半极性蓝色发光二极管相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.119 (e)节要求由 Shuji Nakamura, StevenP.DenBaars, Daniel F.Feezell, Chih-Chien Pan, Yuji Zhao 和 Shinichi Tanaka 于2011年6月10日提交的题为“高发射功率和低效率降低的半极性{20-2-1}蓝色发光二极管”的共同未决的和共同转让的美国临时专利申请系列号61/495，840，代理人案卷号30794.416-US-P1 (UC2011-833-1)的权益，该申请通过弓I用并入本文。本申请与下列申请有关:由Shuji Nakamura, Steven P.DenBaars, ShinichiTanaka, Daniel F.Feezell, Yuji Zhao 和 Chih-Chien Pan 于 2010 年 6 月 10 日提交的题为“氮化镓半极性基板上的低效率降低的发光二极管结构”的共同未决的和共同转让的美国专利技术专利申请系列号xx/xxx，XXX,代理人案卷号30794.415-US-U1 (UC2011-832-1)，该申请根据 35U.S.C.119 (e)节要求由 Shuji Nakamura, Steven P.DenBaars, ShinichiTanaka, Daniel F.Feezell, Yuji Zhao 和 Chih-Chien Pan 于 2010 年 6 月 10 日提交的的题为“氮化镓半极性{20-2-1}基板上的低效率降低的发光二极管结构”的美国临时专利申请系列号 61/495，829、代理人案卷号 30794.415-US-P1 (UC2011-832-1)的权益；由 Matthew T.Hardy, Steven P.DenBaars, James S.Speck 和 Shuji Nakamura于2011年10月28日提交的题为“用于缺陷减少和应力工程的半极性GaN上的应变补偿的短周期超晶格”的美国专利技术专利申请系列号12/284，449，代理人案卷号 30794.396-US-U1 (2011-203)，该申请根据 35U.S.C.119(e)节要求由 MatthewT.Hardy, Steven P.DenBaars, James S.Speck,和 Shuji Nakamura 于 2010 年 10 月29日提交的题为“用于缺陷减少和应力工程的半极性GaN上的应变补偿的短周期超晶格”的共同未决的和共同转让的美国临时申请系列号61/408，280、代理人案卷号30794.396-US-P1 (2011-203)的权益；由 Chih Chien Pan, Jun Seok Ha, Steven P.DenBaars, Shuji Nakamura 和Junichi Sonoda于2010年10月20日提交的题为“使用透明垂直直立结构的具有高光提取和热散逸的LED封装法”的美国专利技术专利申请系列号12/908,793，代理人案卷号 30794.335-US-P1，该申请根据 35U.S.C.119(e)节要求由 Chih Chien Pan, Jun SeokHa, Steven P.DenBaars, Shuji Nakamura 和 Junichi Sonoda 于 2009 年 11 月 4 日提交的题为“使用透明垂直直立结构的具有高光提取和热散逸的LED封装法”的美国临时专利申请系列号61/258，056、代理人卷号30794.335-US-P1的权益；所有这些申请通过弓I用并入本文。_7]专利技术背景1.专利
本专利技术一般地涉及电子和光电子器件的领域，并且更具体地，涉及高发射功率和低效率降低的半极性(例如，{20-1-1})蓝色发光二极管(LED)。2.相关领域描述(注意:本申请参考了许多不同的出版物，如在整个说明书中通过括号内的一个或多个参考文献编号指示，例如，[X]。根据这些参考文献编号排序的这些不同出版物的列表可在下面题为“参考文献”的章节中找到。这些出版物中的每一篇都通过引用并入本文。)基于InGaN/GaN的高亮度发光二极管(LED)由于其在移动电话、背面照明和普通照明中的应用而已经受到较多的关注。然而，在纤锌矿晶体的C-面上生长的LED遭受由于大的极化相关电场引起的量子限制斯塔克效应(QCSE)的困扰，所述大的极化相关电场导致有源区中的频带偏移，因电子和空穴波函数的空间隔离而引起较低的内量子效率。此外，因俄歇非福射复合(Auger non-radiative recombination)导致内量子效率在较高的电流密度区内进一步减小，俄歇非辐射复合与载流子浓度的三次幂成比例。基于半极性(20-2_l)GaN的器件对于高发射效率LED是有前景的，因为它们表现出非常小的QCSE，因此由于电子-空穴波函数重叠的增加而导致的增加辐射复合率。另外，半极性(20-2-1)蓝色LED还表现出在不同的电流密度下与极性(c-面)蓝色LED相比较窄的半峰全宽(FWHM)，可能促成因减少合金辅助的俄歇非辐射复合而引起的相对高的内量子效率。因此，在本领域中对于用于在LED中提供高发射功率和低效率降低的改进方法存在着需求。本专利技术满足了这种需求。具体地，本专利技术描述了高发射功率和低效率降低的半极性{20-1-1}蓝色LED。专利技术概沭为了克服上述现有技术中的限制，并且克服在阅读并理解本说明书后变得显而易见的其他限制，本专利技术证明在半极性(20-2-1)面上生长的具有小芯片尺寸(?0.1mm2)的基于氮化物的蓝色LED—其以新型透明的垂直几何形状的ZnO棒封装一在脉冲操作(1%占空比)下在35、50、100和200A/cm2的电流密度下分别实现了 52.56%,50.67%、48.44%和45.35%的外量子效率(EQE)水平和仅0.7%、4.25%,8.46%和14.3%的效率反转(roll-over)(在10A/cm2下的EQE峰值=52.91%)。在DC条件下，具有小芯片尺寸的(20-2-1)蓝色LED也可以在35、50、100和200A/cm2的电流密度下分别实现50.73%,49.31%,46.02%和41.4%的EQE水平以及仅1.69%,4.44%、10.81%和19.79%的效率反转(在20A/cm2下的EQE峰值=51.6%)。本专利技术还公开了具有在蓝色发射波长处的峰值发射的基于II1-氮化物的发光二极管(LED)，其中LED在半极性氮化镓(GaN)基板上生长，并且在至少35Amps每平方厘米(A/cm2)的电流密度下在蓝色发射波长处的峰值发射具有小于17纳米的光谱宽度。所述LED可以在例如半极性(20-2-1)或(20_21)GaN基板上生长。所述蓝色发射波长可以在430_470nm的范围内。LED的效率降低在至少35A/cm2的电流密度下可以为小于1%，在至少50A/cm2的电流密度下可以为小于5%，在至少ΙΟΟΑ/cm2的电流密度下可以为小于10%，和/或在至少200A/cm2的电流密度下可以为小于15%。所述器件还可以包括在GaN基板上或上方的η-型超晶格(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光器件，包括：具有在蓝色发射波长处的峰值发射的基于III?氮化物的发光二极管(LED)，其中：所述LED在半极性氮化镓(GaN)基板上生长，并且在至少35Amps每平方厘米(A/cm2)的电流密度下在蓝色发射波长处的峰值发射具有小于17纳米的光谱宽度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.10 US 61/495,8401.一种发光器件，包括: 具有在蓝色发射波长处的峰值发射的基于II1-氮化物的发光二极管(LED)，其中: 所述LED在半极性氮化镓(GaN)基板上生长，并且 在至少35Amps每平方厘米(A/cm2)的电流密度下在蓝色发射波长处的峰值发射具有小于17纳米的光谱宽度。2.权利要求1所述的器件，其中所述LED在半极性(20-2-1)GaN基板上生长。3.权利要求1所述的器件，其中所述LED在半极性(20-21)GaN基板上生长。4.权利要求1所述的器件，其中所述蓝色发射波长在430纳米(nm)-470nm的范围内。5.权利要求1所述的器件，其中所述LED的效率降低在至少35A/cm2的电流密度下为小于1%，在至少50A/cm2的电流密度下为小于5%，在至少ΙΟΟΑ/cm2的电流密度下为小于10%，或在至少200A/cm2的电流密度下为小于15%。6.权利要求2所述的器件，还包括: 在所述GaN基板上或上方的η-型II1-氮化物超晶格(n_SL)； 所述n-SL上或上方的II1-氮化物有源区，其包含一个或多个具有势垒的含铟量子阱(QWs)，所述量子阱具有QW数、QW组成和QW厚度，所述势垒具有势垒组成、势垒厚度和势垒掺杂；和 所述有源区上或上方的P-型II1 -氮化物超晶格(P-SL)； 其中: 所述n-SL包含周期数、SL掺杂、SL组成和各自具有层厚度的层，并且所述QW数、所述QW组成、所述QW厚度、所述势垒组成、所述势垒厚度、所述势垒掺杂、所述周期数、所述SL掺杂、所述SL组成、所述层厚度是这样的，使得: 所述峰值发射在蓝色发射波长处，并且 当所述LED以至少35Amps每平方厘米(A/cm2)的电流密度驱动时在蓝色发射波长处的峰值发射具有小于17纳米的光谱宽度。7.权利要求1的器件结构，还包括: 所述基板的半极性面上或上方的η-型GaN层，其中: 所述基板是具有粗糙的背面的半极性GaN基板，并且所述粗糙的背面从所述发光器件吸取光，并且 所述n-SL包括在所述η-型GaN层上或上方的交替的InGaN和GaN层； 有源区，其包括在所述n-SL上或上方的具有GaN势垒的InGaN多量子阱(MQW)； 所述有源区上或上方的P-型超晶格(P-SL)，包括交替的AlGaN和GaN层； 所述P-SL上或上方的P-型GaN层； 所述P-型GaN层上或上方的P-型透明导电层； 所述P-型透明导电层上或上方的P-型垫； 至所述η-型GaN层的η-型触点； 与所述半极性GaN基板的所述粗糙的背面连接的氧化锌...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·纳卡姆拉，S·P·登巴尔斯，D·F·费泽尔，CC·潘，Y·赵，S·田中，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：
国别省市：