CN102427105A

CN102427105A - 具有调制掺杂分布布拉格反射层的发光二极管

Info

Publication number: CN102427105A
Application number: CN2011103521933A
Authority: CN
Inventors: 陈凯轩; 张双翔; 蔡建九; 林志伟; 林志园
Original assignee: Xiamen Changelight Co Ltd
Current assignee: Xiamen Changelight Co Ltd
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2012-04-25

Abstract

本发明公开一种具有调制掺杂分布布拉格反射层的发光二极管，提供一衬底，在衬底的下表面具有第一电极，在衬底的上表面依次有分布布拉格反射层、第一型外延层、有源层、第二型外延层、电流扩展层，第二电极形成于电流扩展层之上，分布布拉格反射层由两种不同材料组成，在分布布拉格反射层的两种不同材料中掺入掺杂源，并在两种材料的界面处采用Delta掺杂。本发明因为分布布拉格反射层具有调制掺杂结构，可以有效降低发光二极管的正向工作电压，减少光吸收，提高发光二极管的效率。

Description

具有调制掺杂分布布拉格反射层的发光二极管

技术领域

本发明涉及一种具有调制掺杂分布布拉格反射层的发光二极管。

技术背景

半导体发光二极管（LED）由于其高效、节能和环保的特性而越来越广泛地受到关注，并开始逐渐应用到日常生活中。随着发光二极管应用范围的不断扩展，人们对其效率也提出了更高的要求。

从发光二极管的有源层发出的光向各个方向射出，其中一部分光会从有源层射向衬底。铝镓铟磷发光二极管常用的衬底为GaAs，其吸收限约为870 nm，因此大部分铝镓铟磷发光二极管发出的光都会被GaAs衬底所吸收。为了防止射向GaAs衬底的光被衬底所吸收，常在发光二极管的有源层与衬底之间插入分布布拉格反射层，将射向衬底的光反射回去，并从发光二极管的上表面射出。因此分布布拉格反射层对提高发光二极管的效率有十分重要的作用。

铝镓铟磷发光二极管常采用垂直结构，即在N型GaAs衬底一侧制作N型电极，在另一侧生长外延层并在外延层上制作P型电极；或者在P型GaAs衬底一侧制作P型电极，在另一侧生长外延层并在外延层上制作N型电极。为了保证电流能垂直流过发光二极管，需要对分布布拉格反射层进行掺杂，使其具有N型或者P型导电性。但是掺入分布布拉格反射层中的杂质会在半导体材料内部形成深能级，从而造成光吸收，削弱分布布拉格反射层的反射效果。这在短波长的（譬如黄光和黄绿光）铝镓铟磷发光二极管中表现得更加明显。

另一方面，由于组成分布布拉格反射层的高折射率材料和低折射率材料的禁带宽度不同，在其界面上会形成一个异质结势垒。载流子在流过分布布拉格反射层的异质结界面时，需要通过量子隧穿或者热辐射的方式克服异质结势垒，从而造成能量损失，降低了发光二极管的效率。这在宏观上就表现为发光二极管的正向工作电压偏高。

发明内容

本发明旨在提出一种发光二极管，其分布布拉格反射层具有调制掺杂结构，可以有效降低发光二极管的正向工作电压，减少光吸收，提高发光二极管的效率。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种具有调制掺杂分布布拉格反射层的发光二极管，提供一衬底，在衬底的下表面具有第一电极，在衬底的上表面依次有分布布拉格反射层、第一型外延层、有源层、第二型外延层、电流扩展层，第二电极形成于电流扩展层之上，分布布拉格反射层由两种不同材料组成，在分布布拉格反射层的两种不同材料中掺入掺杂源，在两种材料的界面处采用Delta掺杂。

所述分布布拉格反射层由AlAs、GaAs、AlGaAs、AlInP、GaInP和AlGaInP等各种不同材料的其中两种组成。

在本发明的其中一种实施方式中，在组成分布布拉格反射层的第一种材料中使用第一种掺杂源，掺杂浓度范围在10¹⁷~10¹⁹ cm^-3。而在组成分布布拉格反射层的第二种材料中使用第二种掺杂源，掺杂浓度范围在10¹⁷~10¹⁹ cm^-3。在第一种材料与第二种材料的界面处采用Delta掺杂，其掺杂浓度＞10²⁰ cm^-3。

在本发明的另外一种实施方式中，在组成分布布拉格反射层的第一种材料中交替掺入第一种掺杂源和第二种掺杂源。类似地，在组成分布布拉格反射层的第二种材料中也交替掺入第一种掺杂源和第二种掺杂源。掺杂源的掺杂浓度范围在10¹⁷~10¹⁹ cm^-3。在第一种材料与第二种材料的界面处采用Delta掺杂，其掺杂浓度＞10²⁰ cm^-3。

在本发明的第三种实施方式中，在组成分布布拉格反射层的第一种材料中同时掺入第一种掺杂源和第二种掺杂源。类似地，在组成分布布拉格反射层的第二种材料中同时掺入第一种掺杂源和第二种掺杂源。掺杂源的掺杂浓度范围在10¹⁷~10¹⁹ cm^-3。在第一种材料与第二种材料的界面处采用Delta掺杂，其掺杂浓度＞10²⁰cm^-3。

所述掺杂源为S、Se、Te、Si、Ge、Mg、Zn、Cd和C中的一种。

采用上述方案后，本发明因为分布布拉格反射层具有调制掺杂结构，使得发光二极管的正向工作电压降低，分布布拉格反射层的光吸收减少，从而提高发光二极管的效率。

附图说明

图1是铝镓铟磷发光二极管的结构示意图；

图2是第一实施例中分布布拉格反射层的结构示意图；

图3是第二实施例中分布布拉格反射层的结构示意图；

图4是第三实施例中分布布拉格反射层的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是在衬底12上依次生长分布布拉格反射层13、第一型外延层14、有源层15、第二型外延层16和电流扩展层19。分布布拉格反射层13由AlAs、GaAs、AlGaAs、AlInP、GaInP和AlGaInP等各种不同材料的其中两种组合构成，在分布布拉格反射层13的两种不同材料中掺入掺杂源，在两种材料的界面处采用Delta掺杂，掺杂源为S、Se、Te、Si、Ge、Mg、Zn、Cd和C中的一种。第一型外延层14由AlAs、GaAs、AlGaAs、AlInP、GaInP或AlGaInP组成，并且以第一型杂质作为掺杂，掺杂源为S、Se、Te、Si、Ge、Mg、Zn、Cd和C中的一种。有源层15由AlAs、GaAs、AlGaAs、AlInP、GaInP或AlGaInP组成。第二型外延层16由AlAs、GaAs、AlGaAs、AlInP、GaInP或AlGaInP组成，并且以第二型杂质作为掺杂，掺杂源为S、Se、Te、Si、Ge、Mg、Zn、Cd和C中的一种，并且与第一型杂质的电极性相反。在衬底12的下表面制作第一电极11，在电流扩展层19的上表面制作第二电极17。电子和空穴在有源层15复合产生光子。有源层15内能够产生光子的区域为有效发光区18。

本发明的第一实施例如图2所示。在组成分布布拉格反射层的第一种材料21中使用第一种掺杂源23，掺杂浓度范围在10¹⁷~10¹⁹ cm^-3。而在组成分布布拉格反射层的第二种材料22中使用第二种掺杂源24，掺杂浓度范围在10¹⁷~10¹⁹ cm^-3。由于不同的掺杂源在组成分布布拉格反射层的材料中所造成的光吸收程度不同，第一种掺杂源23在第一种材料21中的光吸收系数与第二种掺杂源24在第二种材料22中的光吸收系数不同，因此通过适当选取第一种掺杂源23与第二种掺杂源24的元素以及掺杂浓度，能够有效降低分布布拉格反射层的光吸收，提高反射率。由于组成分布布拉格反射层的第一种材料21和第二种材料22的禁带宽度不同，在其界面上会形成一个异质结势垒，导致发光二极管正向工作电压偏高。为了降低发光二极管的正向工作电压，在第一种材料21与第二种材料22的界面处采用Delta掺杂。Delta掺杂源25的掺杂浓度＞10²⁰ cm^-3。

本发明的第二实施例如图3所示。在组成分布布拉格反射层的第一种材料31中交替掺入第一种掺杂源33和第二种掺杂源34。掺杂源33和34可以交替循环多个周期。譬如，在第一种材料31中，可以按照33-34-33的奇数个循环顺序进行“三明治”掺杂，或者按照33-34-33-34的偶数个循环顺序进行交替掺杂。类似地，在组成分布布拉格反射层的第二种材料32中交替掺入第一种掺杂源33和第二种掺杂源34。掺杂源33和34的掺杂浓度范围在10¹⁷~10¹⁹ cm^-3。在第一种材料31与第二种材料32的界面处采用Delta掺杂以降低正向工作电压。Delta掺杂源35的掺杂浓度＞10²⁰ cm^-3。

本发明的第三实施例如图4所示。在组成分布布拉格反射层的第一种材料41中同时掺入第一种掺杂源43和第二种掺杂源44，形成共掺（co-doping）。类似地，在组成分布布拉格反射层的第二种材料42中也同时掺入第一种掺杂源43和第二种掺杂源44，形成共掺。掺杂源43和44的掺杂浓度范围在10¹⁷~10¹⁹ cm^-3。在第一种材料41与第二种材料42的界面处采用Delta掺杂以降低正向工作电压。Delta掺杂源45的掺杂浓度＞10²⁰ cm^-3。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制。本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴。

Claims

1.具有调制掺杂分布布拉格反射层的发光二极管，其特征在于：提供一衬底，在衬底的下表面具有第一电极，在衬底的上表面依次有分布布拉格反射层、第一型外延层、有源层、第二型外延层、电流扩展层，第二电极形成于电流扩展层之上，分布布拉格反射层由两种不同材料组成，在分布布拉格反射层的两种不同材料中掺入掺杂源，在两种材料的界面处采用Delta掺杂。

2.如权利要求1所述的具有调制掺杂分布布拉格反射层的发光二极管，其特征在于：所述分布布拉格反射层由AlAs、GaAs、AlGaAs、AlInP、GaInP和AlGaInP的其中两种组成。

3.如权利要求1所述的具有调制掺杂分布布拉格反射层的发光二极管，其特征在于：在组成分布布拉格反射层的第一种材料中使用第一种掺杂源，掺杂浓度范围在10¹⁷~10¹⁹ cm^-3，在组成分布布拉格反射层的第二种材料中使用第二种掺杂源，掺杂浓度范围在10¹⁷~10¹⁹ cm^-3，在第一种材料与第二种材料的界面处采用Delta掺杂，其掺杂浓度＞10²⁰ cm^-3。

4.如权利要求1所述的具有调制掺杂分布布拉格反射层的发光二极管，其特征在于：在组成分布布拉格反射层的第一种材料中交替掺入第一种掺杂源和第二种掺杂源，在组成分布布拉格反射层的第二种材料中也交替掺入第一种掺杂源和第二种掺杂源，掺杂源的掺杂浓度范围在10¹⁷~10¹⁹ cm^-3，在第一种材料与第二种材料的界面处采用Delta掺杂，其掺杂浓度＞10²⁰ cm^-3。

5.如权利要求1所述的具有调制掺杂分布布拉格反射层的发光二极管，其特征在于：在组成分布布拉格反射层的第一种材料中同时掺入第一种掺杂源和第二种掺杂源，在组成分布布拉格反射层的第二种材料中也同时掺入第一种掺杂源和第二种掺杂源，掺杂源的掺杂浓度范围在10¹⁷~10¹⁹ cm^-3，在第一种材料与第二种材料的界面处采用Delta掺杂，其掺杂浓度＞10²⁰cm^-3。

6.如权利要求1所述的具有调制掺杂分布布拉格反射层的发光二极管，其特征在于：所述掺杂源为S、Se、Te、Si、Ge、Mg、Zn、Cd和C中的一种。