CN102487114A - 一种led外延结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED外延结构，包括依次设有的衬底层、过渡层、第一半导体层、第二半导体层、多量子阱层和第三半导体层，在所述多量子阱层与第二半导体层连接处设有第一层量子阱。由于设有第一层量子阱，外延结构工作电压将会下降0.15～0.25V，发光效率将提高10％以上。这样更有利于电子的注入速度与效率。

Description

一种LED外延结构

技术领域

本发明涉及一种LED外延结构，属于发光二极管领域。

背景技术

自GaN基第三代半导体材料的兴起，蓝色发光二级管(LED)的研制成功，发光强度和白光发光效率的不断提高，LED已经被公认为最有可能进入通用照明领域的新型固态光源，因而在近年来成为全球关注的焦点。

外延结构的生长是LED芯片的关键技术，而多量子阱又是外延层的最重要部分，其决定整个外延层的发光波长与发光效率。

传统外延结构如图1所示，该结构中n型氮化镓层直接与多量子阱层的量子垒连接，器件的工作电压较高，因此发光二极管的总体发光效率无法得到提高。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种可降低发光二极管的工作电压、提高发光二极管的发光效率、并且更有利于电子的注入速度与效率的LED外延结构。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种LED外延结构，包括依次设有的衬底层、过渡层、第一半导体层、第二半导体层、多量子阱层和第三半导体层，所述多量子阱层与第二半导体层连接处为量子阱处设有第一层量子阱。

本发明的有益效果是：由于设有第一层量子阱，外延结构工作电压将会下降0.15～0.25V，发光效率将提高10％以上。这样更有利于电子的注入速度与效率。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述第一半导体层为u型氮化镓层，所述第二半导体层为n型氮化镓层，所述第三半导体层为p型氮化镓层。

进一步，所述多量子阱层包括一层以上的交替连接的量子阱和量子垒，所述多量子阱层的层数为i，其中，1≤i≤100。

进一步，所述量子阱的组成为Al_xIn_yGa_1-x-yN，其中，0＜x≤1，0＜y≤1，0＜x+y≤1；所述量子垒的组成为GaN。

进一步，所述过渡层的组成为In_xGa_1-xN，其中，0＜x≤1。

进一步，所述第一半导体层为n型未掺杂In_xGa_1-xN半导体层，其中，0＜x≤1。

进一步，所述第二半导体层为n型掺杂In_xGa_1-xN半导体层，其中，0＜x≤1。

进一步，所述n型掺杂In_xGa_1-xN半导体层掺杂元素为Si，掺杂浓度为1×10¹⁸/cm³～5×10²⁰/cm³。

进一步，所述第三半导体层为p型掺杂In_xGa_1-xN半导体层，其中，0＜x≤1。

进一步，所述p型掺杂In_xGa_1-xN半导体层掺杂元素为Be、Mg，掺杂浓度为5×10¹⁷/cm³～1×10²³/cm³。

附图说明

图1为传统LED外延结构示意图；

图2为传统LED外延结构能级图；

图3为本发明实施例一所述的LED外延结构的结构示意图；

图4为本发明实施例一所述的LED外延结构的能级图；

图5为45mil传统结构与改进结构的I-V曲线图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、衬底层，2、过渡层，3、u型氮化镓层，4、n型氮化镓层，5、量子阱，6、量子垒，7、多量子阱层，8、p型氮化镓层

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图3、4所示，其是本发明实施例所示的一种LED外延结构及其能级图，包括依次设有的衬底层1、过渡层2、u型氮化镓层3、n型氮化镓层4、多量子阱层7和p型氮化镓层8，所述多量子阱层7与n型氮化镓层4连接处设有第一层量子阱5，所述多量子阱层7包括一层以上的交替连接的量子阱5和量子垒6，所述多量子阱层7的层数为i，其中，1≤i≤100，所述量子阱5的组成为Al_xIn_yGa_1-x-yN，其中，0＜x≤1，0＜y≤1，0＜x+y≤1，量子垒6的组成为GaN，所述过渡层2的组成为In_xGa_1-xN，其中，0＜x≤1，所述u型氮化镓层3为n型未掺杂In_xGa_1-xN半导体层，其中，0＜x≤1，所述n型氮化镓层4为n型掺杂In_xGa_1-xN半导体层，其中，0＜x≤1，所述n型氮化镓层4掺杂元素为S i，掺杂浓度为1×10¹⁸/cm³～5×10²⁰/cm³，所述p型氮化镓层8为p型掺杂In_xGa_1-xN半导体层，其中，0＜x≤1，所述p型氮化镓层8掺杂元素为Be、Mg，掺杂浓度为5×10¹⁷/cm³～1×10²³/cm³。

如图1、2所示，其是传统LED外延结构及其能级图，所述传统LED外延结构包括依次设有的衬底层1、过渡层2、u型氮化镓层3、n型氮化镓层4、多量子阱层7和p型氮化镓层8，与本发明所述的外延结构主要区别在于没有第一层量子阱5，多量子阱层与n型氮化镓层相连接的为量子垒6。

如图5所示，可以清楚体现本发明所述的LED外延结构相对传统LED外延结构，能够有效的降低器件的工作电压，45mil芯片在350mA下，改进结构的电压相对传统结构降低0.19V，进而提高了LED的发光效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LED外延结构，包括依次设有的衬底层、过渡层、第一半导体层、第二半导体层、多量子阱层和第三半导体层，其特征在于，所述多量子阱层与第二半导体层连接处为量子阱。

2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一半导体层为u型氮化镓层，所述第二半导体层为n型氮化镓层，所述第三半导体层为p型氮化镓层。

3.根据权利要求1或2所述的LED外延结构，其特征在于，所述多量子阱层包括一层以上的交替连接的量子阱和量子垒，所述多量子阱层的层数为i，其中，1≤i≤100。

4.根据权利要求1或2所述的LED外延结构，其特征在于，所述量子阱的组成为Al_xIn_yGa_1-x-yN，其中，0＜x≤1，0＜y≤1，0＜x+y≤1；所述量子垒的组成为GaN。

5.根据权利要求1或2所述的LED外延结构，其特征在于，所述过渡层的组成为In_xGa_1-xN半导体层，其中，0＜x≤1。

6.根据权利要求1或2所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一半导体层为n型未掺杂In_xGa_1-xN半导体层，其中，0＜x≤1。

7.根据权利要求1或2所述的LED外延结构，其特征在于，所述第二半导体层为n型掺杂In_xGa_1-xN半导体层，其中，0＜x≤1。

8.根据权利要求7所述的LED外延结构，其特征在于，所述n型掺杂In_xGa_1-xN半导体层掺杂元素为Si，掺杂浓度为1×10¹⁸/cm³～5×10²⁰/cm³。

9.根据权利要求1或2所述的LED外延结构，其特征在于，所述第三半导体层为p型掺杂In_xGa_1-xN半导体层，其中，0＜x≤1。

10.根据权利要求9所述的LED外延结构，其特征在于，所述p型掺杂In_xGa_1-xN半导体层掺杂元素为Be、Mg，掺杂浓度为5×10¹⁷/cm³～1×10²³/cm³。

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