CN102751393A

CN102751393A - 发光二极管结构

Info

Publication number: CN102751393A
Application number: CN2011100987927A
Authority: CN
Inventors: 赖彦霖; 王信介; 黄吉丰; 林京亮; 李允立
Original assignee: Genesis Photonics Inc
Current assignee: Genesis Photonics Inc
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2012-10-24

Abstract

一种发光二极管结构，包括第一型半导体层、发光层、第二型半导体层、第一导电层以及第二导电层。发光层配置于第一型半导体层上。发光层包括数个能障层以及数个量子井层，其中这些量子井层分别夹设于这些能障层之间。第二型半导体层配置于发光层上，其中最靠近第二型半导体层的量子井层的厚度至少大于等于其他量子井层的平均厚度的1.1倍。第一导电层电性连接第一型半导体层。第二导电层电性连接第二型半导体层。该发光二极管结构可提升发光二极管结构的整体发光效率。

Description

发光二极管结构

技术领域

本发明涉及一种发光二极管结构，且特别涉及一种发光效率较佳的发光二极管结构。

背景技术

近年来，由于发光二极管的发光效率不断提升，使得发光二极管在某些领域已渐渐取代日光灯与白热灯泡，例如需要高速反应的扫描器灯源、液晶显示器的背光源或前光源汽车的仪表板照明、交通号志灯，以及一般的照明装置等。一般常见的发光二极管是使用氮化物的半导体材料来形成，大多数如上所述的发光二极管是以磊晶方式形成于蓝宝石基板上。

传统的发光二极管结构通常会包含一基板、一N型下局限层(N typecladding layer)、一多重量子井结构(multiple quantum wells tructure)、一P型上局限层、一N型电极及一P型电极。N型下局限层、多重量子井结构与P型上局限层依序配置于基板上，而N型电极及P型电极分别电性连接N型下局限层与P型上局限层，其中施加驱动电压于N型电极及P型电极，便可驱动发光二极管结构发光。

一般来说，多重量子井结构内的量子井层的厚度通常会设计成相同，且量子井层的厚度若过厚，则会产生缺陷而影响发光二极管结构的发光效益，因此，如何有效地设计多重量子井结构内的量子井层的厚度，在避免缺陷产生的同时，还能有效地使发光二极管结构的发光效益获得提升，实为一项重要的课题。

发明内容

本发明提供一种发光二极管结构，其具有较佳的发光效率。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭示的技术特征中得到进一步的了解。

为达到上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种发光二极管结构，包括第一型半导体层、发光层、第二型半导体层、第一导电层以及第二导电层。发光层配置于第一型半导体层上。发光层包括数个能障层以及数个量子井层，其中这些量子井层分别夹设于这些能障层之间。第二型半导体层配置于发光层上，其中最靠近第二型半导体层的量子井层的厚度至少大于等于其他这些量子井层的平均厚度的1.1倍。第一导电层电性连接第一型半导体层。第二导电层电性连接第二型半导体层。

在本发明的一实施例中，最靠近第二型半导体层的量子井层的厚度大于其他每一这些量子井层的厚度。

在本发明的一实施例中，最靠近第二型半导体层的量子井层的厚度至少大于等于其他这些量子井层的平均厚度的1.2倍。

在本发明的一实施例中，最靠近第二型半导体层的量子井层的厚度小于等于其他这些量子井层的平均厚度的3倍。

在本发明的一实施例中，其他每一这些量子井层的厚度均相同。

在本发明的一实施例中，发光二极管结构还包括磊晶基板，其中第一型半导体层、发光层与第二型半导体层依序堆叠于磊晶基板上，且发光层与第二型半导体层配置于第一型半导体层的部分区域上并暴露出部分第一型半导体层，而第一导电层配置于被发光层与第二型半导体层所暴露出的第一型半导体层上。

在本发明的一实施例中，第一导电层配置于第一型半导体层的另一侧，且第一型半导体层位于发光层与第一导电层之间。在本发明的一实施例中，发光二极管结构，还包括导电基板，配置于第一型半导体层与第一导电层之间。

在本发明的一实施例中，第一型半导体层为N型半导体层，而第二型半导体层为P型半导体层。

在本发明的一实施例中，第一型半导体层与第二型半导体层的材质是由氮化镓、氮化铝镓、氮化铟镓、氮化铝铟镓至少其中之一掺杂II族元素或IV族元素所构成。

在本发明的一实施例中，这些能障层的材质包括氮化镓，而这些量子井层的材质包括氮化铟镓。

基于上述，本发明通过使最靠近第二型半导体层的量子井层的厚度大于等于其他每一这些量子井层的厚度，且最靠近第二型半导体层的量子井层的厚度至少大于会等于其他这些量子井层的平均厚度的1.1倍，较佳为1.2倍，如此一来，当发光二极管结构被驱动时，最靠近第二型半导体层的量子井层便可承载较多的载子，从而可提升发光二极管结构的整体发光效率。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的发光二极管结构的局部剖示图。

图2A～图2D分别为图1的发光层的不同实施态样的局部示意图。

图3为本发明一实施例的发光二极管结构的局部剖示图。

附图标记：

100、200：发光二极管结构 110、210：第一型半导体层

120、220：发光层 122：能障层

124a、124b：量子井层 130、230：第二型半导体层

140：磊晶基板 150：电流阻隔层

160：电流分散层 170：缓冲层

240：导电基板 E1：第一导电层

E2：第二导电层 H1、H2、H3：厚度

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1为本发明一实施例的发光二极管结构的局部剖示图，图2A～图2D分别为图1的发光层的不同实施态样的局部示意图。请先参考图1与图2A，本实施例的发光二极管结构100包括一第一型半导体层110、一发光层120、一第二型半导体层130、一第一导电层E1以及一第二导电层E2。发光层120配置于第一型半导体层110上，而第二型半导体层130配置于发光层120上，即发光层120是位于第一型半导体层110与第二型半导体层130之间。在本实施例中，第一型半导体层110例如是一N型半导体层，而第二型半导体层130则可为一P型半导体层。具体而言，第一型半导体层110与第二型半导体层130的材质是可由氮化镓、氮化铝镓、氮化铟镓、氮化铝铟镓至少其中之一掺杂II族元素或IV族元素所构成，其中本实施例以氮化镓作为举例说明。于其他实施例中，第一型半导体层110与第二型半导体层130所选用的材质也可以选用二元化合物(binary compound)，例如氮化铝、氮化铟；三元化合物(ternary compound)，例如氮化铝镓、氮化镓铟、氮化铝铟、砷化铝镓、砷化铟镓；及四元化合物(quaternary compound)氮化镓铟铝、磷化铝铟镓或上述组合，此部分可视使用者的需求与设计而定。

在发光二极管结构100中，本实施例的发光层120包括数个能障层122以及数个量子井层124a、124b，其中这些量子井层124a、124b分别夹设于这些能障层122之间，如图2A所示。换言之，本实施例的发光层120便是呈现一种多重量子井的结构，特别的是，在此多重量子井的结构中，最靠近第二型半导体层130的量子井层124a的厚度H1至少会大于等于其他这些量子井层124b的平均厚度的1.1倍，较佳为1.2倍，如此一来，当发光二极管结构100被驱动时，最靠近第二型半导体层130的量子井层124a便可承载较多的载子，从而可提升发光二极管结构100的整体发光效率。在本实施例中，最靠近第二型半导体层130的量子井层124a的厚度H1可大于其他每一这些量子井层124b的厚度H2。

以图2A所示的发光层120(多重量子井)来说，若量子井层124a、124b的厚度H1、H2皆为2.8nm时，则发光二极管结构100的整体发光亮度为750mcd。相反地，若提升最靠近第二型半导体层130的量子井层124a的厚度H1至3.1nm，而其他量子井层124b的厚度H2皆保持不变，则发光二极管结构100的整体发光亮度便可提升至820mcd。换言之，通过将本实施例的最靠近第二型半导体层130的量子井层124a的厚度H1设计成大于其他每一这些量子井层124b的厚度H2时，发光二极管结构100的发光亮度至少可提高9.33％。

需要说明的是，虽然使量子井层124a的厚度H1大于其他每一这些量子井层124b的厚度H2有助于提升发光二极管结构100的发光效益，但量子井层124a的厚度过厚也会使其产生缺陷，从而降低提升发光二极管结构100的发光亮度。因此，最靠近第二型半导体层130的量子井层124a的厚度原则上会小于等于其他这些量子井层124b的平均厚度的3倍，较佳为小于平均厚度的2.5倍。在本实施例中，量子井层124a、124b的厚度H1、H2原则上大约是落在0.5nm至8nm，较佳为2nm至4.5nm。另外，由于本实施例的第一型半导体层110与第二型半导体层130是以氮化镓作为举例说明，因此，本实施例的能障层122的材质可为氮化镓，而量子井层124a、124b的材质则可为氮化铟镓。

请继续参考图1与图2A，在发光二极管结构100中，发光层120可以是采用如图2A所示的多重量子井结构，即是最靠近第二型半导体层130的量子井层124a的厚度H1可大于每一量子井层124b的厚度H2，且这些量子井层124b的厚度H2实质上均为相同，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，图1所示的发光二极管结构100的发光层120也可采用如图2B～图2D所示的多重量子井结构，而仍可具有较佳的发光效益，以下将详述各多重量子井的形态。

在图2B中，最靠近第二型半导体层130的量子井层124a的厚度H1大于每一量子井层124b的厚度H2，且这些量子井层124b的厚度H2实质上往远离第二型半导体层130的方向上变小；在图2C中，最靠近第二型半导体层130的量子井层124a的厚度H1可等于最靠近第一型半导体层110的量子井层124b的厚度H3并大于其他量子井层124b的厚度H2，且最靠近第二型半导体层130的量子井层124a的厚度H1会大于等于这些量子井层124b的厚度H2、H3和的平均的1.1倍；在图2D中，最靠近第二型半导体层130的量子井层124a的厚度H1等于其他某一量子井层124b的厚度H3，并大于其他量子井层124b的厚度H2，且最靠近第二型半导体层130的量子井层124a的厚度H1会大于等于这些量子井层124b的厚度H2、H3和的平均的1.1倍。

由图1可知，本实施例的发光二极管结构为一种水平式发光二极管结构，因此发光二极管结构100还包括一磊晶基板140，其中第一型半导体层110、发光层120与第二型半导体层130会依序堆叠于磊晶基板140上，且发光层120与第二型半导体层130配置于第一型半导体层110的部分区域上并暴露出部分第一型半导体层110。具体而言，当第一型半导体层110、发光层120与第二型半导体层130会依序堆叠于磊晶基板140后，便可通过一微影蚀刻过程移除部分发光层120与第二型半导体层130，以暴露出部分第一型半导体层110，如图1所示。之后，第一导电层E1配置于被发光层120与第二型半导体层130所暴露出的第一型半导体层110上，而第二导电层E2配置于第二型半导体层130上，以驱动发光二极管结构100，其中第一导电层E1会电性连接第一型半导体层110，而第二导电层E2电性连接第二型半导体层130。在本实施例中，第一导电层E1与第二导电层E2可以是单一层或是多层金属堆叠，且二者的材质也可以选用如：金、银、铂、铜、铬、锡、铅、铪、钨、钼、钕、钛、钽、铝、锌等金属、上述合金、上述金属氧化物、上述金属氮化物，或上述组合的材质，此部分视使用者的需求而定。

在本实施例中，为了可提升发光二极管结构100的整体电性表现与发光效率，发光二极管结构100还可包括有一电流阻隔层150与一电流分散层160。电流阻隔层150配置于部分第二型半导体层130上。另外，电流分散层160配置于部分第二型半导体层13上以覆盖电流阻隔层150。在本实施例中，电流分散层160可为透明导电层，其材质例如是铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)、铟锡锌氧化物(indium tin zincoxide，ITZO)、氧化锌(zinc oxide)、铝锡氧化物(aluminum tin oxide，ATO)、铝锌氧化物(aluminum zinc oxide，AZO)、镉铟氧化物(cadmium indium oxide，CIO)、镉锌氧化物(cadmium zinc oxide，CZO)、镓锌氧化物(GZO)及锡氟氧化物(FTO)。

值得一提的是，为了可成长或磊晶高品质的第一型半导体层110于基板110上，还可以于形成第一型半导体层110于基板110之前，先形成一缓冲层170于基板110上，如图1所示。

图3为本发明一实施例的发光二极管结构的局部剖示图。请参考图3，本实施例的发光二极管结构200包括一第一型半导体层210、一发光层220、一第二型半导体层230、一第一导电层E1以及一第二导电层E2。发光层220配置于第一型半导体层210上，而第二型半导体层230配置于发光层220上，即发光层220是位于第一型半导体层210与第二型半导体层230之间。在本实施例中，第一型半导体层210可为N型半导体层，而第二型半导体层230则可为P型半导体层。具体而言，第一型半导体层210与第二型半导体层230的材质是可由氮化镓、氮化铝镓、氮化铟镓、氮化铝铟镓至少其中之一掺杂II族元素或IV族元素所构成，其中本实施例以氮化镓作为举例说明。于其他实施例中，第一型半导体层210与第二型半导体层230所选用的材质也可以选用二元化合物(binary compound)，例如氮化铝、氮化铟；三元化合物(ternary compound)，例如氮化铝镓、氮化镓铟、氮化铝铟、砷化铝镓、砷化铟镓；及四元化合物(quaternary compound)氮化镓铟铝、磷化铝铟镓或上述组合，此部分可视使用者的需求与设计而定。

由图3可知，本实施例的发光二极管结构200为一种垂直式发光二极管结构，因此第一导电层E1配置于第一型半导体层210的另一侧，且第一型半导体层210位于发光层220与第一导电层E1之间。在本实施例中，发光二极管结构200可包括有一导电基板240，配置于第一型半导体层210与第一导电层E1之间。需要说明的是，由于本实施例的发光层220也是采用前述的发光层110所描述的实施态样，即发光层220也可采用如图2A至图2D所示的实施态样，因此，本实施例的发光二极管结构200的发光效率也可获得有效的提升，此部分可参考前述说明，在此便不再赘述。

综上所述，本发明的发光二极管结构至少具有下列优点。首先，通过使最靠近第二型半导体层的量子井层的厚度大于等于其他每一这些量子井层的厚度，且最靠近第二型半导体层的量子井层的厚度至少大于会等于其他这些量子井层的平均厚度的1.1倍，较佳为1.2倍，如此一来，当发光二极管结构被驱动时，最靠近第二型半导体层的量子井层便可承载较多的载子，从而可提升发光二极管结构的整体发光效率。另外，由于最靠近第二型半导体层的量子井层的厚度小于等于其他这些量子井层的平均厚度的3倍，因此可在有效提升发光二极管结构的整体发光效率下，并可同时避免量子井层过厚而产生缺陷，而影响发光二极管结构的整体发光效率。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭示的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims

1.一种发光二极管结构，包括：

第一型半导体层；

发光层，配置于该第一型半导体层上，且该发光层包括数个能障层以及数个量子井层，其中该些量子井层分别夹设于该些能障层之间；

第二型半导体层，配置于该发光层上，其中最靠近该第二型半导体层的该量子井层的厚度至少大于等于其他该些量子井层的平均厚度的1.1倍；

第一导电层，电性连接该第一型半导体层；以及

第二导电层，电性连接该第二型半导体层。

2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其中最靠近该第二型半导体层的该量子井层的厚度大于其他每一该些量子井层的厚度。

3.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其中最靠近该第二型半导体层的该量子井层的厚度至少大于等于其他该些量子井层的平均厚度的1.2倍。

4.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其中最靠近该第二型半导体层的该量子井层的厚度小于等于其他该些量子井层的平均厚度的3倍。

5.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其中其他每一该些量子井层的厚度均相同。

6.根据权利要求1所述的发光二极管结构，还包括磊晶基板，其中该第一型半导体层、该发光层与该第二型半导体层依序堆叠于该磊晶基板上，且该发光层与该第二型半导体层配置于该第一型半导体层的部分区域上并暴露出部分该第一型半导体层，而该第一导电层配置于被该发光层与该第二型半导体层所暴露出的该第一型半导体层上。

7.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其中该第一导电层配置于该第一型半导体层的另一侧，且该第一型半导体层位于该发光层与该第一导电层之间。

8.根据权利要求7所述的发光二极管结构，还包括导电基板，配置于该第一型半导体层与该第一导电层之间。

9.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其中该第一型半导体层为N型半导体层，而该第二型半导体层为P型半导体层。

10.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其中该第一型半导体层与该第二型半导体层的材质是由氮化镓、氮化铝镓、氮化铟镓、氮化铝铟镓至少其中之一掺杂II族元素或IV族元素所构成。

11.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其中该些能障层的材质包括氮化镓，而该些量子井层的材质包括氮化铟镓。