CN101494265A - 具有p型限制发射层的氮化物发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种具有p型限制发射层的氮化物发光二极管，包含蓝宝石衬底、由氮化物半导体分别形成的n侧层和p侧层、在n侧层和p侧层之间具有由氮化物半导体构成的活性层；p侧层由p型限制发射层、p型层及p型接触层依次层叠构成；p型限制发射层是由第一氮化铝铟镓、氮化铟镓、第二氮化铝铟镓依次层叠构成的一复合式半导体层；p型限制发射层分别与p型层及n侧层之上的发光层连接。p型限制发射层内能够提供高浓度的电洞载子(Holecarrier)，因而可提高氮化物发光二极管元件的发光效率并降低了其本身的能障高度(Barrier height)，进而降低其电阻值，增加其导电性，降低氮化物发光二极管元件的正向电压，因此本发明能够应用于发光效率要求更高的用途中。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有p型限制发射层的氮化物发光二极管，具体的说是关于一种发光层与p型层之间形成一p型限制发射层(p-cladding injectionlayer)的氮化物发光二极管。
背景技术
世界能源的短缺是不争的事实，全球各国莫不积极投入节能产品的研发，其中节能灯的问世便是这一趋势下的产物。但随着发光二极管(LED)技术的进步，白光发光二极管的应用发展迅速，在指示灯、携带式手电筒、LCD背光板、地面灯/逃生灯/医疗设备光源、汽车仪表及内装灯、辅助照明、主照明等领域均有广泛的应用，而以背光源与照明为目前的主要应用。因此发光二极管将作为下一世代照明产品占据市场；发光二极管具有轻巧、省电及寿命长的优点，因此，符合了世界的潮流。
目前发光二极管在白光市场的应用，已将小型照明市场，带入另外一个境界，其中手机的背光源，已经被发光二极管所取代，从早期的黄、绿光发光二极管到现在的白光或蓝白光发光二极管，已将手机点缀的五彩缤纷；至于将来的个人数字助理(personal digital assistant：PDA)乃至液晶显示面板(TFT-LCD)的背光源，也都将成为发光二极管的天下，其具有轻薄省电与寿命长的优点将使其具有不可取代的地位。
就现阶段而言，距离实际进入白光发光二极管照明时代，尚需时日。若白光发光二极管要取代现阶段照明市场，发光效率至少要达到100lm/W以上，这个目标也将成为各国努力的目标。
发明内容
为提高上述发光二极管发光效率，以因应趋势的需求，本发明旨在提出一种具有p型限制发射层的氮化物发光二极管，其可提高发光效率并且比现有产品增加20％～40％亮度。
本发明解决上述上述问题采用的技术方案是：具有p型限制发射层的氮化物发光二极管，包含：
-蓝宝石衬底；
-由氮化物半导体分别形成的n侧层和p侧层；
-在n侧层和p侧层之间具有由氮化物半导体构成的活性层；
其特征在于：p侧层由p型限制发射层、p型层及p型接触层依次层叠构成；p型限制发射层是由第一氮化铝铟镓、氮化铟镓、第二氮化铝铟镓依次层叠构成的一复合式半导体层；p型限制发射层分别与p型层及n侧层之上的发光层连接。
本发明的p型限制发射层中的氮化铝铟镓和/或氮化铟镓掺杂了镁Mg，p型限制发射层厚度为100埃～1000埃；p型限制发射层中的氮化铟镓层为高掺镁的氮化物半导体层，其Mg的掺杂量大于1×1019cm-3，本发明优先选择p型限制发射层中Mg的掺杂量大于1×1020cm-3，。
第一氮化铝铟镓AlxInyGal-x-yN膜厚为5埃～100埃，0＜x＜0.3，0≤y＜0.3；本发明优先选择第一氮化铝铟镓的膜厚10埃～30埃，0.05≤x≤0.2，0≤y≤0.15。
氮化铟镓InzGal-zN膜厚为10埃～100埃，0.1＜z＜0.4；本发明优先选择氮化铟镓膜厚15埃～30埃，0.2≤z≤0.3。
第二氮化铝铟镓AlxInyGal-x-yN膜厚为85埃～800埃，0＜x＜0.3，0≤y＜0.3；本发明优先选择第二氮化铝铟镓膜厚为100埃～600埃，0.05≤x≤0.2，0≤y≤0.15。
本发明的有益效果是：在氮化物发光二极管是设有的p型限制发射层内能夠提供高浓度的电洞载子(Hole carrier)，因而可以提高氮化物发光二极管元件的发光效率，并且降低了其本身的能障高度(Barrier height)，进而降低其电阻值，增加其导电性，降低氮化物发光二极管元件的正向电压，因此本发明能够应用于发光效率要求更高的用途中。
附图说明
图1是本发明实施方式的氮化物发光二极管元件的模式剖面图。
图2是本发明实施方式的氮化物发光二极管元件的能带示意图。
图3是本发明实施例的发光输出功率的曲线图。
图4是本发明实施例的正向电流-正向电压的曲线图(I-V Curve)。
图中：
100.蓝宝石衬底；101.缓冲层；102.n型层；
103.发光层
104.p型限制发射层；
104a.第一氮化铝铟镓；104b.氮化铟镓；104c.第二氮化铝铟镓；
105.p型层；106.p型接触层；
107.p欧姆电极；108.n欧姆电极；109.p焊接区(pad)电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是示出本发明一实施方式的氮化物发光二极管元件(LED元件)的结构的模式剖面图，本实施方式的氮化物发光二极管元件具有在蓝宝石衬底100上依次叠层下述各层的结构：
(1)由氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)或氮化镓铝(GaAlN)构成的缓冲层101，其膜厚为200埃～500埃。
(2)由Si掺杂GaN构成的n型层102，其膜厚为20000埃～40000埃间。
(3)以InGaN层作为阱层、GaN层作为势垒层的多量子阱结构的发光层103；其中阱层的膜厚为18埃～30埃，势垒层的膜厚为80埃～200埃。
(4)由掺杂了Mg的氮化铝铟镓(AlInGaN)或氮化铟镓(InGaN)所组合构成的p型限制发射层104，其膜厚为100埃～1000埃。
(5)由氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)或氮化镓系之一构成的p型层105与p型接触层106；其中p型层105的膜厚为1000埃～3000埃间，p型接触层106的膜厚为50埃～200埃间。
并且按下述方法形成p侧及n侧的电极，由此构成氮化物发光二极管元件。
在组件的角部中用刻蚀法从p型接触层106到n型层102的部分除去，使n型层102的一部分露出，n欧姆电极108形成在露出的n型层102上。
此外，作为p侧的电极，在p型接触层106的几乎整个面上形成p欧姆电极107、在该p欧姆电极107上的一部分上形成p焊接区(pad)电极109。
本实施方式的氮化物发光二极管元件的特征是由掺杂了Mg的氮化铝铟镓(AlxInyGal-x-yN)或氮化铟镓(InzGal-zN，)所组合构成的p型限制发射层104，由此，能够提高氮化物发光二极管的发光效率并且降低正向电压。
在本实施方式中，p型限制发射层104第一氮化铝铟镓104a(AlxInyGal-x-yN，0.05≤x≤0.2，0≤y≤0.15)的设计，其目的是减少镁原子从p型层105扩散到发光层，且由于其膜厚很薄(约10埃～30埃)，因而可以让电洞载子(Hole carrier)穿遂(tunneling)通过；而上述p型限制发射层104中的氮化铟镓104b的设计为高掺杂镁的p型氮化铟镓(InzGal-zN，0.2≤z≤0.3)，氮化铟镓104b中镁的掺杂量大于1×1019cm-3，其目的是藉由掺杂高浓度的镁原子来提供高浓度的电洞载子(Hole carrier)，因而可以提高氮化物发光二极管元件的发光效率，比现有产品增加20％～40％的亮度，并可降低本身的能障高度(Barrier height)进而降低其电阻值，增加其导电性，降低发光二极管的正向电压。图2是本发明实施方式的氮化物发光二极管元件的能带示意图，参考图2更有助于对本发明结构的清楚说明。
以下，使用实施例更具体地说明本发明。
首先，作为实施例，针对本发明工艺与传统的工艺(即有无本发明工艺的p型限制发射层)，制作2种样品，分别评价其发光输出功率与正向电压特性。
在本实施例中，按表1所示那样设定各半导体层的膜厚。
表1
图3、图4示出了它的评价结果。
如图3所示的本发明实施例的各样品的发光输出功率的曲线图，使用本发明工艺的氮化物发光二极管元件样品，其发光输出功率比传统工艺的氮化物发光二极管元件样品高出30％左右。
如图4所示的本发明实施例的各样品的正向电流-正向电压的曲线图(I-VCurve)，使用本发明工艺的氮化物发光二极管元件样品，在相同正向电流下其正向电压低于传统工艺的氮化物发光二极管元件样品。
为此本发明的氮化物发光二极管元件由于上述p型限制发射层104内能够提供高浓度的电洞载子(Hole carrier)，因而可以提高氮化物发光二极管元件的发光效率，而且也可降低本身的能障高度(Barrier height)，进而降低其电阻值，增加其导电性，降低氮化物发光二极管元件的正向电压。由此，本发明能够应用于发光效率要求更高的用途中。
Claims (6)
1.具有p型限制发射层的氮化物发光二极管，包含：
-蓝宝石衬底；
-由氮化物半导体分别形成的n侧层和p侧层；
-在n侧层和p侧层之间具有由氮化物半导体构成的活性层；
其特征在于：p侧层由p型限制发射层、p型层及p型接触层依次层叠构成；p型限制发射层是由第一氮化铝铟镓、氮化铟镓、第二氮化铝铟镓依次层叠构成的一复合式半导体层；p型限制发射层分别与p型层及n侧层之上的发光层连接。
2.根据权利要求1所述的具有p型限制发射层的氮化物发光二极管，其特征是：p型限制发射层中的氮化铝铟镓和/或氮化铟镓掺杂了镁Mg，p型限制发射层厚度为100埃～1000埃。
3.根据权利要求1或2所述的具有p型限制发射层的氮化物发光二极管，其特征在于：第一氮化铝铟镓AlxInyGa1-x-yN膜厚为5埃～100埃，0＜x＜0.3，0≤y＜0.3。
4.根据权利要求1或2所述的具有p型限制发射层的氮化物发光二极管，其特征在于：氮化铟镓InzGa1-zN膜厚为10埃～100埃，0.1＜z＜0.4。
5.根据权利要求1或2所述的具有p型限制发射层的氮化物发光二极管，其特征在于：第二氮化铝铟镓AlxInyGa1-x-yN膜厚为85埃～800埃，0＜x＜0.3，0≤y＜0.3。
6.根据权利要求1或2所述的具有p型限制发射层的氮化物发光二极管，其特征在于：p型限制发射层中的氮化铟镓层为高掺杂镁的氮化物半导体层，其Mg的掺杂量大于1×1019cm-3。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |