CN111326628A - 一种基于n型掺杂叠层和功能层的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于N型掺杂叠层和功能层的发光二极管，包括衬底层；缓冲层，位于衬底层上；N型半导体层，位于缓冲层上；N型掺杂叠层，位于N型掺杂层上，N型掺杂叠层包括若干第一N型掺杂层和若干第二N型掺杂层；量子阱发光层，位于N型掺杂叠层上；功能层，位于所述量子阱发光层上，功能层包括电子阻挡层、第一空穴注入层和第二空穴注入层；P型掺杂层，位于功能层上；P型半导体层，位于P型掺杂层上。本发明的发光二极管设置有N型掺杂叠层，可以降低电子的迁移速率，通过调整电子迁移至量子阱发光层的速率，可以提高量子阱发光层中空穴与电子发生辐射复合的概率，从而提高发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及发光元件技术领域，特别是涉及一种基于N型掺杂叠层和功能层的发光二极管。
背景技术
发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)是在半导体p-n结两端施加正向电压时发出紫外、可见或红外光的发光器件，是新一代的固体发光光源。由于它具有体积小、寿命长、驱动电压低、反应速度快、耐震、耐热等特性，使半导体照明用的发光二极管效率在近几年得到不断提高。
目前，发光二极管一般包括衬底层、缓冲层、N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层。其中，N型半导体层用于提供电子；P型半导体层用于提供空穴，当有电流通过时，N型半导体层提供的电子和P型半导体层提供的空穴进入多量子阱发光层复合发光。
但是，目前由于电子的移动能力远远高于空穴，使得注入到多量子阱发光层的电子数量过多，容易从多量子阱发光层跃迁至P型半导体层与空穴发生非辐射复合，影响发光二极管的发光效率。并且由于电子的移动能力远远高于空穴，因此N型半导体层产生的电子可以快速进入量子阱发光层，多于的电子将从量子阱发光层跃迁至P型半导体层，从而使得电子与空穴发生非辐射复合，影响发光二极管的发光效率。
发明内容
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种基于N型掺杂叠层和功能层的发光二极管。
具体地，本发明一个实施例提出的一种基于N型掺杂叠层和功能层的发光二极管，包括：
衬底层；
缓冲层，位于所述衬底层上；
N型半导体层，位于所述缓冲层上；
N型掺杂叠层，位于所述N型掺杂层上，所述N型掺杂叠层包括若干第一N型掺杂层和若干第二N型掺杂层，其中，若干所述第一N型掺杂层和若干所述第二N型掺杂层依次层叠于所述N型掺杂层上，且所述第一N型掺杂层的掺杂浓度大于所述第二N型掺杂层；
量子阱发光层，位于所述N型掺杂叠层上；
功能层，位于所述量子阱发光层上，其中，所述功能层包括依次层叠于量子阱发光层上的电子阻挡层、第一空穴注入层和第二空穴注入层，其中，所述第一空穴注入层的厚度小于所述第二空穴注入层的厚度；
P型掺杂层，位于所述功能层上；
P型半导体层，位于所述P型掺杂层上。
在本发明的一个实施例中，所述第一N型掺杂层为N型InGaN层。
在本发明的一个实施例中，所述第一N型掺杂层的掺杂元素为Si，所述第一N型掺杂层的掺杂浓度为1018cm-3-5×1018cm-3。
在本发明的一个实施例中，所述第二N型掺杂层为N型AlGaN层。
在本发明的一个实施例中，所述第二N型掺杂层的掺杂元素为Si，所述第二N型掺杂层的掺杂浓度为1017cm-3-5×1017cm-3。
在本发明的一个实施例中，所述第一N型掺杂层和所述第二N型掺杂层的掺杂浓度均低于N型半导体层的掺杂浓度。
在本发明的一个实施例中，所述电子阻挡层的材料为AlxInyGa1-x-yN，其中，0<x≤0.4，0<y≤0.2。
在本发明的一个实施例中，所述第一空穴注入层为P型InGaN层。
在本发明的一个实施例中，所述第二空穴注入层为P型AlGaN层。
本发明实施例，具备如下优点：
本发明的发光二极管设置有N型掺杂叠层，可以降低电子的迁移速率，通过调整电子迁移至量子阱发光层的速率，可以提高量子阱发光层中空穴与电子发生辐射复合的概率，从而提高发光二极管的发光效率。并且通过在量子阱发光层依次层叠有电子阻挡层、第一空穴注入层和第二空穴注入层，通过电子阻挡层能够有效阻止多于的电子从量子阱发光层跃迁至P型半导体层，从而避免消耗P型半导体层产生的空穴，还通过第一空穴注入层和第二空穴注入层提高注入至量子阱发光层的空穴浓度，从而提高发光二极管的发光效率。
通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种基于N型掺杂叠层和功能层的发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于N型掺杂叠层和功能层的发光二极管的结构示意图。本发明的实施例提供一种基于N型掺杂叠层和功能层的发光二极管，该发光二极管包括：
衬底层11；
具体地，衬底层11的材料可以为蓝宝石、硅、碳化硅、氧化锌、氮化镓、氮化铝或者其它适于晶体外延生长的材料。
缓冲层12，位于衬底层11上；
进一步地，缓冲层12的材料为GaN。
本发明实施例通过在衬底层上生长缓冲层12，能够减少缺陷进入至N型半导体层、量子阱发光层和P型半导体层，从而提高发光二极管的发光质量。
N型半导体层13，位于缓冲层13上；
进一步地，N型半导体层13为n-GaN层，且N型半导体层13的掺杂元素为Si，N型半导体层13的掺杂浓度可以为1019-3×1019cm-3。
进一步地，N型半导体层13具有一平台，第一电极21形成于N型半导体层13的平台上。
N型掺杂叠层14，位于N型半导体层13上，N型掺杂叠层14包括若干第一N型掺杂层141和若干第二N型掺杂层142，其中，若干第一N型掺杂层141和若干第二N型掺杂层142依次层叠于N型半导体层13上，且第一N型掺杂层141的掺杂浓度大于第二N型掺杂层142；
进一步地，第一N型掺杂层141为N型InGaN层。
进一步地，第一N型掺杂层141的掺杂元素为Si，第一N型掺杂层141的掺杂浓度为1018cm-3-5×1018cm-3。
进一步地，第二N型掺杂层142为N型AlGaN层。
进一步地，第二N型掺杂层142的掺杂元素为Si，第二N型掺杂层142的掺杂浓度为1017cm-3-5×1017cm-3。
进一步地，第一N型掺杂层141和第二N型掺杂层142的掺杂浓度均低于N型半导体层13的掺杂浓度。
本发明实施例通过在N型半导体层13上生长依次层叠的第一N型掺杂层141和第二N型掺杂层142，且第一N型掺杂层141的浓度大于第二N型掺杂层142的浓度，从而可以降低电子的迁移速率，通过降低电子迁移至量子阱发光层的速率，使得量子阱发光层中的空穴浓度和电子浓度相当，从而提高发光二极管的发光效率。并且，第一N型掺杂层141为N型InGaN层和第二N型掺杂层142为N型AlGaN层，可以减少长晶格的位错和裂缝，起到阻止缺陷延伸的作用。
本实施例的第一N型掺杂层141和第二N型掺杂层142的掺杂浓度均低于N型半导体层13的掺杂浓度，从而能够有效的降低LED器件的电压、提高LED器件抗静电特性，从而提高LED器件的发光效率。
量子阱发光层15，位于N型掺杂叠层14上；
进一步地，量子阱发光层15为掺铟的氮化镓层。
功能层16，位于量子阱发光层15上，其中，功能层16包括依次层叠于量子阱发光层15上的电子阻挡层161、第一空穴注入层162和第二空穴注入层163，其中，所述第一空穴注入层162的厚度小于所述第二空穴注入层163的厚度；
进一步地，电子阻挡层161的材料为Alx1InyGa1-x1-yN，其中，0<x1≤0.4，0<y≤0.2。
进一步地，电子阻挡层161的厚度为100-200nm。
进一步地，第一空穴注入层162为P型InGaN层。
进一步地，第一空穴注入层162的厚度为20-100nm。
进一步地，第二空穴注入层163为P型AlGaN层。
进一步地，第二空穴注入层163的厚度为100-200nm。
本发明实施例通过在P型掺杂层17与量子阱发光层15之间设置电子阻挡层，电子阻挡层161的材料为Alx1InyGa1-x1-yN，由于铝的势垒较高，从而可以使得电子阻挡层161有效地阻止N型半导体层13产生的电子进入到P型半导体层18中，从而避免了电子与空穴在P型半导体层18中发生非辐射复合，从而避免了因电子的跃迁导致的空穴浓度的降低，改善了发光二极管的发光效率；并且通过将第一空穴注入层162的材料设置为P型InGaN、第二空穴注入层163的材料设置为P型AlGaN，可以有效调节异质结构能带，形成二维电子气，从而提高P型半导体层18产生的空穴注入至量子阱发光层15的数量和效率，进一步提高了发光二极管的发光效率。
P型掺杂层17，位于功能层16上；
进一步地，P型掺杂层17为AlGaN层，P型掺杂层17的掺杂元素为Mg；
进一步地，P型掺杂层17的掺杂浓度高于P型半导体层18的掺杂浓度，P型半导体层18的掺杂浓度为P型掺杂层17的掺杂浓度的1/5-1/3；
P型半导体层18，位于P型掺杂层17上。
进一步地，P型半导体层18为P-GaN层，且P型半导体层18的掺杂元素为Mg，P型半导体层18的掺杂浓度为1019～1020cm-3。
由于电子的移动能力远远高于空穴，因此N型半导体层13产生的电子可以快速进入量子阱发光层15，通过增加P型掺杂层17，且将P型掺杂层17的掺杂浓度设置为高于P型半导体层18的掺杂浓度，可以提高P型半导体层18产生的空穴注入量子阱发光层15中的能力，从而避免量子阱发光层15的电子过多，影响发光效率和发光质量。
在P型半导体层18上还生长有一层透明导电层19，在透明导电层19上还生长有一层第二电极20。于N型半导体层13暴露出的平台上形成第一电极21，于P型半导体层18上形成第二电极20，第一电极21和第二电极20的材料可以为钛、铝、钛或金，当通过第一电极21和第二电极20向量子阱发光层15注入电流时，来自N型半导体层13的电子与来自于P型半导体层18的空穴会在量子阱发光层15内结合，以使量子阱发光层15产生光。
本发明的发光二极管设置有N型掺杂叠层，可以降低电子的迁移速率，通过调整电子迁移至量子阱发光层的速率，可以提高量子阱发光层中空穴与电子发生辐射复合的概率，从而提高发光二极管的发光效率。并且通过在量子阱发光层依次层叠有电子阻挡层、第一空穴注入层和第二空穴注入层，通过电子阻挡层能够有效阻止多于的电子从量子阱发光层跃迁至P型半导体层，从而避免消耗P型半导体层产生的空穴，还通过第一空穴注入层和第二空穴注入层提高注入至量子阱发光层的空穴浓度，从而提高发光二极管的发光效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于N型掺杂叠层和功能层的发光二极管，其特征在于，包括：
衬底层(11)；
缓冲层(12)，位于所述衬底层(11)上；
N型半导体层(13)，位于所述缓冲层(12)上；
N型掺杂叠层(14)，位于所述N型半导体层(13)上，所述N型掺杂叠层(14)包括若干第一N型掺杂层(141)和若干第二N型掺杂层(142)，其中，若干所述第一N型掺杂层(141)和若干所述第二N型掺杂层(142)依次层叠于所述N型半导体层(13)上，且所述第一N型掺杂层(141)的掺杂浓度大于所述第二N型掺杂层(142)；
量子阱发光层(15)，位于所述N型掺杂叠层(14)上；
功能层(16)，位于所述量子阱发光层(15)上，其中，所述功能层(16)包括依次层叠于量子阱发光层(15)上的电子阻挡层(161)、第一空穴注入层(162)和第二空穴注入层(163)，其中，所述第一空穴注入层(162)的厚度小于所述第二空穴注入层(163)的厚度；
P型掺杂层(17)，位于所述功能层(16)上；
P型半导体层(18)，位于所述P型掺杂层(17)上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一N型掺杂层(141)为N型InGaN层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一N型掺杂层(141)的掺杂元素为Si，所述第一N型掺杂层(141)的掺杂浓度为1018cm-3-5×1018cm-3。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二N型掺杂层(142)为N型AlGaN层。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二N型掺杂层(142)的掺杂元素为Si，所述第二N型掺杂层(142)的掺杂浓度为1017cm-3-5×1017cm-3。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一N型掺杂层(141)和所述第二N型掺杂层(142)的掺杂浓度均低于N型半导体层(13)的掺杂浓度。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述电子阻挡层(161)的材料为AlxInyGa1-x-yN，其中，0<x≤0.4，0<y≤0.2。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一空穴注入层(162)为P型InGaN层。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二空穴注入层(163)为P型AlGaN层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200623 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |