CN101447536A - 固态发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固态发光元件。所述固态发光元件包括一透明基板，一设置在所述透明基板上的第一型束缚层，一设置在所述第一型束缚层上的发光活性层，一设置在所述发光活性层上的第二型束缚层，一设置在所述第二型束缚层上的第一电极，及一与所述发光活性层并排设置在所述第一型束缚层上的第二电极，所述第一型束缚层与所述第二型束缚层分别为含有纳米粒子的第一型半导体层与含有纳米粒子的第二型半导体层。夹设在所述第一型束缚层与所述第二型束缚层之间的发光活性层中晶格震动较少，从而抑制发光活性层中由晶格震动产生的声子，从而提高了所述发光二极管的量子效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态发光元件，特别是一种发光二极管。
背景技术
目前，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为一种固态发光元件，其具有光质佳(也即光源输出的光谱)及发光效率高等特性而逐渐取代冷阴极荧光灯(Cold CathodeFluorescent Lamp，CCFL)作为照明装置的发光元件，具体可参见Michael S.Shur等人在文献Proceedings of the IEEE，Vol.93，No.10(2005年10月)中发表的“Solid-StateLighting：Toward Superior Illumination”一文。
一般的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)包括发光结构及正负电极，所述发光结构包括：一N型束缚层(Cladding layer)，一P型束缚层及一设置在所述N型束缚层与P型束缚层之间的未掺杂的活性层(Active layer)，所述正电极设置在所述P型束缚层上，所述负电极设置在所述N型束缚层上。所述活性层中的量子效率(Quantum Efficiency)，即电子和空穴的结合效率是决定发光二极管发光效率的重要因素，所以如何提高发光结构的量子效率就成为人们研发的方向之一。有鉴于此，提供一种量子效率较高的固态发光元件实为必要。
发明内容
下面将以实施例说明一种量子效率较高的固态发光元件。
一种固态发光元件，其包括一透明基板，一设置在所述透明基板上的第一型束缚层，一设置在所述第一型束缚层上的发光活性层，一设置在所述发光活性层上的第二型束缚层，一设置在所述第二型束缚层上的第一电极，及一与所述发光活性层并排设置在所述第一型束缚层上的第二电极，所述第一型束缚层与所述第二型束缚层分别为含有纳米粒子的第一型半导体层与含有纳米粒子的第二型半导体层。
相对于现有技术，所述固态发光元件中的第一型束缚层与第二型束缚层分别含有纳米粒子，使得夹设在第一型束缚层与第二型束缚层之间的发光活性层具有较好的平滑度，调和了发光活性层与第一型束缚层、第二型束缚层间的晶格不匹配现象，减少了发光活性层中的晶格震动，从而抑制发光活性层中由晶格震动产生的声子，从而提高了所述固态发光元件的量子效率。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的发光二极管的剖面图。
图2是图1中发光二极管设置在一电路板上的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明固态发光元件作进一步的详细说明。
为了便于理解，以下将以本发明实施例提供的固态发光元件为发光二极管为例进行说明。请参见图1，一发光二极管10包括：一透明基板11，一设置在所述透明基板11上的N型束缚层12，一设置在所述N型束缚层12上的发光活性层13，一设置在所述发光活性层13上的P型束缚层14，一设置在所述P型束缚层14上的第一电极15，以及一与所述发光活性层13并排设置在所述N型束缚层12上的第二电极16。所述N型束缚层12，发光活性层13及P型束缚层14组成一发光结构。
所述透明基板11为蓝宝石(Sapphire)基板。
所述N型束缚层12为含有纳米粒子19的N型半导体层。所述N型半导体层所用材料可选自N型氮化镓(n-type GaN)、N型磷化铟(n-type InP)、N型磷化铟镓(n-type InGaP)、N型磷化铝镓铟(n-type AlGaInP)其中之一。在本实施例中，所述N型束缚层12是由硅掺杂的氮化镓组成。
所述纳米粒子19的材料为硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物、镓氧化物或硼氮化物。在本实施例中，所述纳米粒子19为二氧化硅纳米粒子，其粒径范围为20~200纳米。
所述发光活性层13所用材料为氮化铟镓(InGaN)、砷化铝镓(AlGaAs)等，其中具有单个量子阱结构(Single Quantum Well)或多个量子阱结构(Multi-Quantum Well)。
所述P型束缚层14为含有纳米粒子19的P型半导体层。所述P型半导体层所用材料可选自P型氮化铝镓(p-type AlGaN)、P型砷化铝镓(p-type AlGaAs)等。在此，可以通过在氮化铝镓中掺杂镁或氢来得到P型半导体层。
所述P型半导体层中掺杂的纳米粒子19所用材料同样可选自硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物、镓氧化物或硼氮化物。可以理解的是，所述纳米粒子19在所述N型束缚层12及所述P型束缚层14中的浓度分布可根据实际需要进行设定。
所述第一电极15及所述第二电极16所用材料为镍(Ni)，金(Au)，镍金合金(Ni/Au)，钛(Ti)，铝(Al)，钛铝合金(Ti/Al)，铜(Cu)，银(Ag)，铝铜合金(Al/Cu)，或银铜合金(Ag/Cu)等金属材料。
在本实施例中，可以利用金属有机物化学气相沉积法(Metal Organic Chemical VaporDeposition，MOCVD)或等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD)将所述含有纳米粒子19的N型束缚层12及所述含有纳米粒子19的P型束缚层14分别形成在所述透明基板11及所述发光活性层13上，利用磁控溅射法将所述第一电极15及所述第二电极16分别沉积在所述P型束缚层14及所述N型束缚层12上。
由于所述N型束缚层12为含有纳米粒子19的N型半导体层，所述P型束缚层14为含有纳米粒子19的P型半导体层，所述N型半导体层及所述P型半导体层中含有纳米粒子，从而可以阻止所述N型束缚层12与所述发光活性层13之间、所述P型束缚层14与所述发光活性层13之间所形成的位错移动(Dislocation Motion)，以增进发光活性层13的晶体性质，进而提高了所述发光结构的量子效率，即所述发光活性层13中的光子转换效率更高。另外，在N型束缚层12中掺杂纳米粒子可改变N型束缚层12的晶格常数(Lattice Constant)，减少了其自身的晶格畸变(Lattice Strain)，从而通过设定纳米粒子在N型束缚层12中的浓度或者在不同条件下生长所述N型束缚层12，以促进N型束缚层12表面的平滑度。所述N型束缚层12具有较好的平滑度有利于在其上上磊晶生长具有较好平滑度的发光活性层13。所以，具有较好平滑度的发光活性层13有利于调和发光活性层13与N型束缚层12、P型束缚层14间的晶格不匹配现象，减少了发光活性层13中的晶格震动(Lattice Vibration)，从而抑制所述发光活性层13中由晶格震动产生的声子(Phonon)，这使得所述发光活性层13中的光子转换效率更高，提高了所述发光结构的量子效率。
此外，所述本发明实施例提供的发光二极管10中的发光结构具有较高量子效率的同时，在所述发光结构中并不需要量子点(Quantum Dot)，从而使得所述发光二极管10与传统发光二极管相比更适于量产。
请参见图2，本发明实施例提供的发光二极管10可不需要金属打线而直接安装在一电路板17上。所述电路板17包括绝缘本体171及设置在所述绝缘本体171上的第一极金属导线172、第二极金属导线173，所述发光二极管10的第一电极15、第二电极16分别通过焊料18与所述第一极金属导线172、第二极金属导线173电性连接，从而通过所述电路板17的外接电源(图未示)即可对所述发光二极管10提供电能。在本实施例中，所述第一极金属导线172与外接电源的负极相连，所述第二极金属导线173与外接电源的负极相连。
另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，例如：所述P型束缚层14生长在所述透明基板11上，所述发光活性层13磊晶生长在所述P型束缚层14上，而所述N型束缚层12则生长在所述发光活性层13上，此时所述发光活性层13同样夹设在含有纳米粒子的P型半导体层与含有纳米粒子的N型半导体层之间，故同样可以使本发明实施例提供的发光二极管具有较高的量子效率；或使所述发光二极管10与所述电路板17打线连接。所以，这些变化或提供结构原理与所述发光二极管基本相同的其它固态发光元件，只要其不偏离本发明的技术效果，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (8)
- 【权利要求1】一种固态发光元件，其包括一透明基板，一设置在所述透明基板上的第一型束缚层，一设置在所述第一型束缚层上的发光活性层，一设置在所述发光活性层上的第二型束缚层，一设置在所述第二型束缚层上的第一电极，及一与所述发光活性层并排设置在所述第一型束缚层上的第二电极，其特征在于：所述第一型束缚层与所述第二型束缚层分别为含有纳米粒子的第一型半导体层与含有纳米粒子的第二型半导体层。
- 【权利要求2】如权利要求1所述的固态发光元件，其特征在于：所述纳米粒子的材料为硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物、镓氧化物或硼氮化物。
- 【权利要求3】如权利要求2所述的固态发光元件，其特征在于：所述纳米粒子的粒径范围为20~200纳米。
- 【权利要求4】如权利要求1所述的固态发光元件，其特征在于：所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层。
- 【权利要求5】如权利要求4所述的固态发光元件，其特征在于：所述N型半导体层为N型氮化镓层，N型磷化铟层，N型磷化铟镓层或N型磷化铝镓铟层。
- 【权利要求6】如权利要求4所述的固态发光元件，其特征在于：所述P型半导体层为P型氮化铝镓层或P型砷化铝镓层。
- 【权利要求7】如权利要求4所述的固态发光元件，其特征在于：所述固态发光元件进一步包括一电路板，所述电路板包括绝缘本体及设置在所述绝缘本体上的第一极金属导线和第二极金属导线，所述第一电极与第二电极分别与所述第一极金属导线和第二极金属导线电性连接。
- 【权利要求8】如权利要求4所述的固态发光元件，其特征在于：所述发光活性层中具有单个量子阱结构或多个量子阱结构。
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| US20090134406A1 (en) | 2009-05-28 |
| US7825418B2 (en) | 2010-11-02 |
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Open date: 20090603 |