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CN103489972A - 一种抗静电击穿的led结构 - Google Patents

一种抗静电击穿的led结构 Download PDF

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CN103489972A
CN103489972A CN201310463035.4A CN201310463035A CN103489972A CN 103489972 A CN103489972 A CN 103489972A CN 201310463035 A CN201310463035 A CN 201310463035A CN 103489972 A CN103489972 A CN 103489972A
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CN
China
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layer
inxalyga1
type
led structure
grown
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310463035.4A
Other languages
English (en)
Inventor
李淼
陈起伟
邓觉为
游桥明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XI'AN SHENGUANG HAORUI PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
XI'AN SHENGUANG HAORUI PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/813—Bodies having a plurality of light-emitting regions, e.g. multi-junction LEDs or light-emitting devices having photoluminescent regions within the bodies

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  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明设计了一种抗静电击穿的LED结构，通过材料的生长即可实现在材料薄弱位置形成内置的二极管结构，形成类似与电容和齐纳二极管的作用，在瞬间大电流冲击的情况下，能够快速的扩散电流，进而保证基本结构不被破坏。该抗静电击穿的LED结构，包括在衬底材料上依次生长的N-GaN层、MQW层、P-GaN层，其特征在于：在P-GaN层上还生长一层n型InxAlyGa1-x-yN材料，或者还交叠生长了n型InxAlyGa1-x-yN与P型InxAlyGa1-x-yN材料；其中，0.15≧x≧0,0.25≧y≧0。

Description

一种抗静电击穿的LED结构
技术领域
本发明属于光电材料和器件技术领域，具体涉及一种LED元件本身的结构设计。
背景技术
GaN系LED结构为宽禁带材料，电阻率较高,该类芯片在生产过程中因静电产生的感生电荷不易消失,累积到相当的程度,可以产生很高的静电电压。当超过材料的承受能力时,会发生击穿现象并放电。蓝宝石衬底的LED芯片其正负电极均位于芯片上面,间距很小；对于InGaN/AlGaN/GaN双异质结,InGaN有源层仅几十纳米,对静电的承受能力很小,极易被静电击穿,使器件失效。GaN基LED和传统的LED相比,抗静电能力差是其鲜明的缺点,静电导致的失效问题已成为影响产品合格率和使用推广的一个非常棘手的问题。
为了能够使GaN系LED尽快工业化生产进入批量生产领域，提高其抗静电性能成为当务之急。
中国专利201994295U提到了一种高抗静电的LED芯片设计，通过在第一焊点和第二焊点之间电性并联于一齐纳管,即在LED芯片两端并联齐纳管,通过齐纳管吸收静电高压的冲击,从而实现保护LED芯片的目的，但是该方案需要额外的齐纳管而导致成本支出增加。
中国专利101335313提到了一种提高氮化镓基LED抗静电能力的方法,其通过在原有的氮化镓基LED结构的nGaN层中插入一未掺杂的氮化镓层,或在nGaN层和多层量子井的势垒层间加一未掺杂的氮化镓层,使在原有的氮化镓基LED结构中增加一电容,从而提高了该氮化镓基LED的抗静电能力。由于GaN材料本身的n型缺陷使其很难通过非掺层的插入形成内部电容效应，因此对于电流的缓冲和抗静电的提升效果均不明显；
中国专利101071836提到了一种提高氮化镓基LED芯片抗静电能力的外延片生长方法，在pGaN层中形成电流释放通道,并对生长的外延薄膜进行一次降温、升温退火处理以消除部分累计应力,改善了pGaN外延层的晶体质量,因此提高了GaN基LED芯片抗ESD能力。但是由于pGaN本身的高阻和高位错密度，其内部电流分散效果不明显，因此此设计对于LED的抗静电性能有提升效果不明显；
目前，主流的技术思路仍然是对各功能层：如uGaN/nGaN/MQW和pGaN晶体质量的提升来减少位错缺陷进而提升器件的抗静电能力。
发明内容
本发明设计了一种新型的LED元件，通过材料的生长即可实现在材料薄弱位置形成内置的二极管结构，形成类似与电容和齐纳二极管的作用，在瞬间大电流冲击的情况下，能够快速的扩散电流，进而保证基本结构不被破坏。
本发明的技术方案如下：
该抗静电击穿的LED结构，包括在衬底材料上依次生长的nGaN层、MQW层、pGaN层，其特征在于：在pGaN层上还生长一层n型InxAlyGa1-x-yN材料，或者还交叠生长了n型InxAlyGa1-x-yN与p型InxAlyGa1-x-yN材料；其中，0.15≧x≧0,0.25≧y≧0。
基于上述基本方案，本发明还进一步做如下优化设计：
pGaN层上生长n型InxAlyGa1-x-yN材料之前，还可以生长一层非掺的InxAlyGa1-x-yN材料，厚度0-50nm。其中，0.15≧x≧0,0.25≧y≧0。
上述n型InxAlyGa1-x-yN、p型InxAlyGa1-x-yN的厚度均为1nm-50nm。
对于生长n型InxAlyGa1-x-yN和p型InxAlyGa1-x-yN的交叠的结构，重复的周期为1-5。
该LED结构的最顶层设置有一层接触层，用以跟电极之间形成较好的欧姆接触。
本发明具有以下优点：
本发明通过内置形成的pGaN之上的二极管结构可以明显提高LED的抗静电性能，原有LED抗静电能力HMM2000V通过率80%提高到90%，平均抗静电<2500V提高到接近4000V。
附图说明
图1为常规的LED结构（及其等效的电路元件）。
图2为本发明的一种仅增加n型InAlGaN的LED结构（及其等效的电路元件）。
图3为本发明的一种增加n型InxAlyGa1-x-yN和p型InxAlyGa1-x-yN材料交替层的LED结构（及其等效的电路元件）。
图4为图3基础上再增加一层n型InxAlyGa1-x-yN的LED结构（及其等效的电路元件）。
具体实施方式
如图所示，本发明是在传统的LED结构p型层生长结束之后继续生长n型InxAlyGa1-x-yN材料（图2），或者是n型InxAlyGa1-x-yN和p型InxAlyGa1-x-yN的交叠的结构（图3）。其中，0.15≧x≧0,0.25≧y≧0。
在p型层之后生长n型InxAlyGa1-x-yN材料之前可以生长1层非掺的InxAlyGa1-x-yN材料，厚度0-50nm。其中，0.15≧x≧0,0.25≧y≧0；
对于图2、图3、图4所示的LED结构，n型InxAlyGa1-x-yN和p型InxAlyGa1-x-yN的厚度最好为在1nm-50nm之间。
对于n型InxAlyGa1-x-yN和p型InxAlyGa1-x-yN的交叠的结构，重复的周期为1-5即可。
以上结构生长结束之后可以继续生长1层接触层以跟电极之间形成较好的欧姆接触。
经实验证实：
通过在原有LED的pGaN之上增加一层5nm的n型In0.05Al0.1Ga0.85N材料之后，LED抗静电性能由1500V提升到2600V；在pGaN和n型In0.05Al0.1Ga0.85N穿插一层2nm非掺的In0.05Al0.1Ga0.85N之后，LED抗静电性能由2600V提升到3100V；
通过在原有LED的pGaN之上先生长一层2nm非掺的In0.05Al0.1Ga0.85N，之后继续生长一层5nm的n型In0.05Al0.1Ga0.85N材料之后，再增加一层3nm的p型In0.1Al0.05Ga0.85N材料之后，LED抗静电性能由1500V提升到大于4000V。

Claims (5)

1.一种抗静电击穿的LED结构，包括在衬底材料上依次生长的N-GaN层、MQW层、P-GaN层，其特征在于：在P-GaN层上还生长一层n型InxAlyGa1-x-yN材料，或者还交叠生长了n型InxAlyGa1-x-yN与P型InxAlyGa1-x-yN材料；其中，0.15≧x≧0,0.25≧y≧0。
2.根据权利要求1所述的抗静电击穿的LED结构，其特征在于：P-GaN层上生长n型InxAlyGa1-x-yN材料之前，还可以生长一层非掺的InxAlyGa1-x-yN材料，厚度0-50nm。其中，0.15≧x≧0,0.25≧y≧0。
3.根据权利要求1或2所述的抗静电击穿的LED结构，其特征在于：n型InxAlyGa1-x-yN、P型InxAlyGa1-x-yN的厚度均为1nm-50nm。
4.根据权利要求3所述的抗静电击穿的LED结构，其特征在于：对于生长n型InxAlyGa1-x-yN和P型InxAlyGa1-x-yN的交叠的结构，重复的周期为1-5。
5.根据权利要求1所述的抗静电击穿的LED结构，其特征在于：该LED结构的最顶层设置有一层接触层，用以跟电极之间形成较好的欧姆接触。
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