CN103296162A - 发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光二极管，其包括蓝宝石基板、N型半导体层、有源层、P型半导体层、第一电极与第二电极。N型半导体层位于蓝宝石基板上。有源层具有缺陷密度为DD的活性区，其中DD≥2x107/cm3，有源层位于N型半导体层与P型半导体层之间。有源层发出的光波长λ为222nm≤λ≤405nm，有源层包括i层的量子阻障层及(i-1)层量子阱。各量子阱于任两层量子阻障层之间，且i为大于等于2的自然数。掺杂N型掺质于量子阻障层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2。第一电极与第二电极分别位于N型半导体层上与P半导体层上。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，且特别是涉及一种可提高发光效率的发光二极管(light emitting diode，简称LED)。
背景技术
发光二极管是一种半导体元件，主要是由III-V族元素化合物半导体材料所构成。因为这种半导体材料具有将电能转换为光的特性，所以对这种半导体材料施加电流时，其内部的电子会与空穴结合，并将过剩的能量以光的形式释出，而达成发光的效果。
一般而言，由于发光二极管中作为外延层材料的氮化镓的晶格常数与蓝宝石基板的晶格常数之间存在不匹配的问题，其晶格常数不匹配的程度约为16％，致使大量的缺陷产生于晶格成长的接面，进而导致发光强度大幅衰减。虽然发光二极管中因氮化镓的长晶过程中无可避免地具有一定的缺陷。然而，当发光二极管所发出的光波长为450nm时，由于现有晶格应力会释放在缺陷附近而形成铟自聚区域，当载流子在移动到缺陷之前容易进入到铟自聚的区域，形成所谓的局部效应(localized effect)。由于铟自聚的区域存在量子局限效应而可提升载流子的复合效率，因此即使氮化镓发光二极管因长晶制作工艺的限制而在活性区存在着高缺陷密度，但对于光波长450nm而言仍可维持一定程度的发光效率。
但是，当发光二极管的发光波段逐渐由蓝光移到紫外光波段时，由于有源层中的铟含量逐渐减少，使得铟自聚的形成区域也相对的变少，致使发光二极管中的载流子容易移到缺陷处产生非辐射复合，导致发光二极管在近紫外光的发光效率大幅降低，因此业界亟待开发一种在近紫外光也具有高发光效率的发光二极管。
发明内容
本发明的目的在于提出一种发光二极管，其通过使量子阻障层中掺有N型掺质的量子阻障层的层数符合特定比例，可提升发光二极管在222nm～405nm发光波段的发光效率。
本发明的另一目的在于提出另一种发光二极管，其通过使掺杂有N型掺质的量子阻障层中最靠近P型半导体者具有最小的掺杂浓度，可提升发光二极管在222nm～405nm发光波段的发光效率。
本发明的再一目的在于提出一种发光二极管，其通过使掺杂有N型掺质的量子阻障层的掺杂浓度满足特定关系，可提升发光二极管在222nm～405nm发光波段的发光效率。
为达上述目的，本发明提出一种发光二极管，其包括基板、N型半导体层、有源层、P型半导体层、第一电极以及第二电极。N型半导体层位于基板上。有源层具有一缺陷密度为DD的活性区，其中DD≥2x107/cm3。位于N型半导体层的部分区域上，有源层发出的光波长λ为222nm≤λ≤405nm，有源层包括i层的量子阻障层以及(i-1)层量子阱，各量子阱于任两层量子阻障层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂N型掺质于量子阻障层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2。P型半导体层位于有源层上。第一电极位于N型半导体层的部分区域上，且第二电极位于P半导体层的部分区域上。
本发明提出另一种发光二极管，其包括基板、N型半导体层、有源层、P型半导体层、第一电极以及第二电极。N型半导体层位于基板上。有源层具有一缺陷密度为DD的活性区，其中DD≥2x107/cm3。有源层位于N型半导体层的部分区域上且发出的光波长λ为222nm≤λ≤405nm，有源层包括i层的量子阻障层以及(i-1)层量子阱，各量子阱于任两层量子阻障层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂N型掺质于量子阻障层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2。P型半导体层位于有源层上，且k层量子阻障层中最靠近P型半导体的量子阻障层的掺杂浓度小于等于k层量子阻障层中其他量子阻障层的掺杂浓度。第一电极位于N型半导体层的部分区域上，且第二电极位于P半导体层的部分区域上。
本发明再提出一种发光二极管，其包括基板、N型半导体层、有源层、P型半导体层、第一电极以及第二电极。活性区具有一缺陷密度DD，其中DD≥2x107/cm3。N型半导体层位于基板上。一有源层，位于N型半导体层的部分区域上，有源层发出的光波长λ为222nm≤λ≤405nm，有源层包括i层的量子阻障层以及(i-1)层量子阱，各量子阱于任两层量子阻障层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂N型掺质于量子阻障层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2，k层量子阻障层的掺杂浓度为5x1017/cm3至1x1019/cm3。P型半导体层位于有源层上。第一电极以及一第二电极，其中第一电极位于N型半导体层的部分区域上，且第二电极位于P半导体层的部分区域上。
基于上述，本发明的发光二极管中，通过使有源层中掺有N型掺质的量子阻障层的层数符合特定关系、或通过使有源层的掺杂有N型掺质的量子阻障层中最靠近P型半导体者具有最小的掺杂浓度、或通过使掺杂有N型掺质的量子阻障层的掺杂浓度满足特定关系，使得N型掺质可以抚平缺陷对载流子的影响，提升发光二极管的载流子的复合效率，因此本发明的发光二极管通过上述任一技术手段即可大幅地提升发光二极管在222nm～405nm发光效率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的一实施例中一种发光二极管的剖面示意图；
图2A为本发明一实施例的发光二极管中一种单一量子阱有源层的剖面示意图；
图2B为本发明一实施例的发光二极管中一种多重量子阱有源层的剖面示意图；
图3为发光二极管的有源层的放大剖面示意图；
图4A为本发明的发光二极管的比较例的示意图；
图4B为本发明的发光二极管的实施例的示意图；
图5A至图5D分别为当改变图3的掺杂量子阻障层的层数时，模拟对发光二极管的电子浓度的关系图；
图6A至图6D分别为当改变图3的掺杂量子阻障层的层数时，模拟对发光二极管的空穴浓度的关系图；
图7A至图7D分别为当改变图3的掺杂量子阻障层的层数时，模拟对发光二极管的电子空穴复合机率的关系图；
图8A至图8D分别为当改变图3的掺杂量子阻障层的层数时，模拟对发光二极管的非辐射复合机率的关系图；
图9A为发光二极管的量子阻障层中不同掺杂层数对电流-光输出功率曲线的关系图；
图9B为发光二极管的量子阻障层中不同掺杂层数对电流-电压曲线的关系图；
图10A为发光二极管中的量子阻障层中不同掺杂浓度对电流-光输出功率曲线的关系图；
图10B为发光二极管的量子阻障层中不同掺杂浓度对电流-电压曲线的关系图。
主要元件符号说明
200、200A-200I：发光二极管
210：基板
212：氮化物半导体披覆层
220：N型半导体层
222：第一N型掺杂氮化镓层
224：第二N型掺杂氮化镓层
230：有源层
230A：单一量子阱有源层
230B：多重量子阱有源层
232、232a、232b、232c、232d、232e、232f：量子阻障层
234、234a、234b、234c、234d、234e：量子阱
240：P型半导体层
242：第一P型掺杂氮化镓层
244：第二P型掺杂氮化镓层
250：第一电极
260：第二电极
具体实施方式
图1为本发明的一实施例中一种发光二极管的剖面示意图。
请参照图1，发光二极管200包括基板210、N型半导体层220、有源层230、P型半导体层240、以及第一电极250与第二电极260，而基板210例如是蓝宝石基板。具体来说，于蓝宝石基板210的一表面上依序形成氮化物半导体披覆层212(例如是未掺杂的氮化镓)、N型半导体层220、有源层230以及P型半导体层240的叠层，有源层230位于N型半导体层220与P型半导体层240之间，N型半导体层220可包含依序位于氮化物半导体披覆层212上的第一N型掺杂氮化镓层222以及第二N型掺杂氮化镓层224的叠层，P型半导体层240可包含依序位于有源层230上的第一P型掺杂氮化镓层242以及第二P型掺杂氮化镓层244的叠层，其中第一N型掺杂氮化镓层222与第二N型掺杂氮化镓层224之间、或者第一P型掺杂氮化镓层242与第二P型掺杂氮化镓层244之间的差异可为厚度不同或是掺杂浓度不同。此外，N型半导体层220与P型半导体层240的材料例如为氮化铝镓，在此领域的技术人员可以依实际需求来选择所成长的氮化物半导体披覆层212、第一N/P型掺杂氮化镓层222、242、第二N/P型掺杂氮化镓层224、244的厚度、掺杂浓度和铝含量，本发明并不以此为限。
详言之，如图1所示，在蓝宝石基板210上依序形成氮化物半导体披覆层212(例如是未掺杂(un-doped)的氮化镓)、第一N型掺杂氮化镓层222以及第二N型掺杂氮化镓层224、有源层230、第一P型掺杂氮化铝镓层242以及第二P型掺杂氮化镓层244，并且再分别于第二N型掺杂氮化镓层224和第二型P型掺杂氮化镓层244表面的部分区域上形成第一电极250与第二电极260，以使第一电极250电连接N型半导体层220，并使第二电极260电连接P型半导体层240。当然，也可于蓝宝石基板与N型半导体之间增设一一层氮化物缓冲层，本发明并不以此为限。
有源层230的构成型态例如为图2A与图2B所示，其可为单一量子阱有源层230A或是多重量子阱有源层230B。图2A为本发明一实施例的发光二极管中一种单一量子阱有源层的剖面示意图，而图2B为本发明一实施例的发光二极管中一种多重量子阱有源层的剖面示意图。一般来说，有源层包括i层的量子阻障层以及(i-1)层量子阱层，且各量子阱层夹于任两层量子阻障层之间，因此i为大于等于2的自然数。例如，如图2A所示，单一量子阱有源层230A可由两量子阻障层232以及夹于其间的一量子阱层234所构成，而构成量子阻障层232/量子阱234/量子阻障层232。以222nm～405nm发光波段的发光二极管200为例，量子阱234的材料例如是AlmInGa1-m-nN，其中0≤m＜1，0≤n≤0.5，m+n≤1，且x＞m，n≥y，而量子阻障层232的材料例如是AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤1，0≤y≤0.3，且x+y≤1，在所属领域的技术人员可针对不同发光波段等实际需求来选择所成长的m、n的含量、或x、y含量，本发明并不以此为限。
另外，有源层的构成型态也可如图2B所示的多重量子阱有源层230B的型态。如图2B所示，多重量子阱有源层230B可由量子阻障层232与量子阱234的至少两对叠层所构成，如图2B中所绘示的三对量子阻障层232/量子阱234重复的叠层。
值得注意的是，本发明的发光二极管200通过有源层230中对量子阻障层232进行N型掺质的掺杂制作工艺，改变量子阻障层232中掺杂量子阻障层232的层数、掺杂浓度、以及不同掺杂量子阻障层232中的掺杂浓度分布来提升发光二极管200于222nm～405nm波段的发光效率。具体来说，虽然氮化镓的成长技术中因制作工艺的限制而存在着一定的缺陷密度，但即使发光二极管200中的有源层230存在107的等级，通过调变量子阻障层232中掺杂量子阻障层232的层数、掺杂浓度等，即可通过有目的地(intentionally)掺杂N型掺质来降低活性区的缺陷密度对载流子的影响，有效地提升发光效率。尤其是，特别是对于有源层230所发出的波长范围为222nm至405nm波段的光线更具有显著的提升效果。
以下将以实验结果来辅助说明发明者所提出的本发明的发光二极管200的功效。在以下实施例中，是以硅作为N型掺质为实施范围，但本领域的技术人员也可使用与硅属同族的IVA族中的其他元素来代替实施例中的硅，同样可以实现本发明。
图3为发光二极管的有源层的放大剖面示意图。如图3所示，本实施例的有源层230包括六层量子阻障层与五层量子阱层，且各量子阱层夹于任两层量子阻障层之间。量子阻障层自N型半导体侧起算依序为232a、232b、232c、232d、232e、232f，而量子阱层，其自N型半导体侧起算依序为量子阱234a、234b、234c、234d、234e。
图4A表示作为本发明的发光二极管比较例的光学模拟图，而图4B表示本发明的发光二极管的光学模拟图，其中图4A与图4B中的缺陷密度设定为1x108/cm3。请先参照图4A，图4A为发光二极管中改变量子阻障层232a-232f的掺杂量子阻障层的层数与发光波长为450nm附近波段的发光强度的关系图，请同时参照图3与图4A，横轴表示发光波长(单位：纳米)，纵轴为发光强度(单位：a.u.)，而不同的线段A、B、C、D中斜线前后的数字分别代表如图3所示的量子阻障层232a-232f中有掺杂量子阻障层与未掺杂量子阻障层的层数，并且掺杂的层数是以自N型半导体层220侧起算。例如，线段A中的6/0代表六层量子阻障层232a-232f全部掺杂，线段B中的4/2代表靠近N型半导体层220侧的四层量子阻障层232a-232d为掺杂量子阻障层，而未掺杂量子阻障层232e-232f的层数为二层，线段C中的2/4代表靠近N型半导体层220侧的二层量子阻障层232a-232b为掺杂量子阻障层，且未掺杂量子阻障层232c-232f的层数为四层，而线段D中的0/6代表六层量子阻障层232a-232f全部未掺杂。如图4A所示，结果显示增加掺杂量子阻障层的层数反而降低发光二极管在450nm附近波段的发光效率。
相对于此，当增加量子阻障层232的掺杂量子阻障层的层数时，可以有效地提升发光二极管在222nm～405nm波段的发光强度。详细而言，图4B为发光二极管中改变量子阻障层的掺杂量子阻障层的层数与发光波长为365nm附近波段的发光强度的关系图，图4B中有关横轴、纵轴、以及线段的定义与图4A类似，图4B是表示主峰为365nm附近的222nm～405nm范围的发光波段。如图4B所示，结果显示增加掺杂量子阻障层232的层数有助于提升发光二极管在222nm～405nm波段的发光效率。
发明者依据前述图4A与图4B的结果推论，当发光二极管所发出的发光波段在450nm附近时，由于量子阱存在较强的局部效应(localized effect)，使得载流子不易受到缺陷密度的影响，因此于量子阻障层中掺杂N型掺质，并无法增强450nm附近的发光强度，过多的掺杂反而会造成载流子溢流现象发生因而降低发光强度，如图4A所示。然而，对于发光波段在365nm附近的发光二极管而言，于量子阻障层中掺杂N型掺质的效应却与发光波段在450nm附近的发光二极管完全相反。
详言之，如图4B所示，当发光二极管所发出的发光波段在主峰为365nm附近的222nm～405nm的发光波段时，由于量子阱的局部效应减弱，使得载流子受到缺陷密度的影响增强，而于既定的量子阻障层中掺杂N型掺质(例如硅)有助于补偿缺陷密度对载流子的影响，换言之，N型掺质也可以提供电子作为辐射复合之用，因此可有效地提升发光二极管在222nm至405nm发光波段的发光效率。此处所谓的N型掺质为从外界有目的的提供可作为取代III族元素的IV族掺质。如图4B所示，222nm至405nm发光波段的发光强度随着掺杂量子阻障层的层数增加而增加，尤其当掺杂量子阻障层的层数k与量子阻障层的总数i满足下述关系式时，发光效率提升的效果显著：当i为偶数时，k≥i/2；当i为奇数时，k≥(i-1)/2。
为了进一步验证上述推论，针对222nm至405nm发光波段的发光二极管，进一步以图5A至图8D来分别表示当改变图3的掺杂量子阻障层232的层数时，模拟对发光二极管电子浓度、空穴浓度、电子空穴复合机率、以及非辐射复合机率的关系图，其中图5至图8横轴代表与基板表面的距离(单位：纳米)，而图5至图8中的A、B、C、D图分别代表掺杂量子阻障层与未掺杂量子阻障层的层数，其定义与图4A、4B中线段A-D相同，不再赘述。
由图5A至图5D的电子浓度模拟图可知，当掺杂量子阻障层的层数越多时，其电子浓度逐渐增加。由图6A至图6D的空穴浓度模拟图可知，当掺杂量子阻障层的层数越多时，其空穴浓度逐渐减少，其中又以全部量子阻障层均不掺杂时的整体空穴浓度最高。由图7A至图7D的电子空穴复合机率模拟图可知，虽然量子阻障层全部掺杂时的整体空穴分布较均匀，理应图7D的量子阻障层全部不掺杂的发光二极管具有较高的电子空穴复合机率，然而，由图7A至图7D的趋势可知，图7A的全部量子阻障层232均掺杂时的电子空穴复合机率最高，反而图7D的全部量子阻障层均不掺杂时的电子空穴复合机率最低。因此，图7A至图7D也可验证N型掺质可以提供电子作为辐射复合之用，因此可有效地提升发光二极管在222nm至405nm发光波段的发光效率的推论。再者，由图8A至图8D的电子空穴非辐射复合机率模拟图可知，图8A的全部量子阻障层均掺杂时的非辐射复合机率最低，而图8D的全部量子阻障层均不掺杂时的电子空穴非辐射复合机率最高，结合图7A至图7D以及图8A至图8D的结果可知，于量子阻障层中掺杂N型掺质可以提供电子，使提高电子空穴辐射复合机率，而有效地提升发光效率，同时降低电子空穴以热等非发光型态的非辐射复合机率，同样可验证N型掺质可以提升发光二极管在222nm至405nm发光波段的发光强度的推论。
表1中记载当发光二极管中的有源层的结构如图3所示时，发光二极管在不同电流下的发光强度表现、以及顺向电压表现随着掺杂量子阻障层与未掺杂量子阻障层的层数而改变，其中在表1的实验中，各掺杂量子阻障层的掺杂浓度C1、C2、...Ck例如均为2x1018/cm3，而在本发明发光波长为365nm实施例中，量子阱的材料是IncGa1-cN，其中0≤c≤0.05，量子阻障层的材料是AldGa1-dN，d为0.13至0.30之间，在本实施例中，铝含量最佳值是0.16～0.25之间，量子阻障层的厚度例如为5nm-15nm，在本实施例中，厚度较佳为8nm-12nm。并且，将表1的结果绘示于图9A与图9B中，其中图9A绘示发光二极管的量子阻障层中不同掺杂层数对电流-光输出功率曲线的关系图，而图9B绘示发光二极管的量子阻障层中不同掺杂层数对电流-电压曲线的关系图。
表1
由表1及图9A的结果可知，发光二极管200A-200E的光输出功率随着在既有量子阻障层中掺杂量子阻障层数的增加而提升。详言之，首先当不掺杂N型掺质时候，其掺杂浓度为0，但其氮化镓材料会有其本身背景掺杂浓度，浓度会依不同外延技术或者不同外延品质而有所差异，此实施例中，由于量测不到本身背景掺杂浓度，因此未掺杂的浓度以N.A.来表示，此时当六层量子阻障层中均未掺杂N型掺质(例如硅)时的光输出功率为9.5mW(发光二极管200A)。当六层量子阻障层中有两层掺杂N型掺质时(例如对图3所示量子阻障层232a-232f中有目的地掺杂最靠近N型半导体220的两层量子阻障层232a-232b)，发光二极管200B的光输出功率可由均未掺杂的9.5mW提升至10.6mW，更佳的是，当六层量子阻障层232中有四层掺杂量子阻障层232时(如有目的地掺杂图3中最靠近N型半导体220的四层量子阻障层232a-232d)，发光二极管200C的光输出功率更可大幅度地由未掺杂的9.5mW提升到17.0mW，提升为原来的两倍，因此当掺杂量子阻障层232的层数k大于等于量子阻障层232的总层数i的一半时，可有效地提升发光二极管200C的发光效率。此外，当掺杂五层量子阻障层时，发光二极管200D的光输出功率为24.2mW，而当全部量子阻障层232都掺杂时(如将图3中全六层量子阻障层232a-232f均进行有目的的掺杂)，发光二极管200E的光输出功率可提升到31.1mW，提升为原来的将近三倍之多。
另外，由表1及图9B的结果可知，于量子阻障层中掺杂N型掺质除可有效增加发光二极管200A的发光效率之外，更可降低量子阻障层的阻值，进而降低发光二极管的顺向电压。例如顺向电压由全部量子阻障层都未掺杂的4.36V下降到全部量子阻障层都掺杂的4.14V。上述结果代表提高量子阻障层中的掺杂层数可以补偿缺陷密度对发光二极管在222nm～405nm波段(主峰在365nm附近)的发光效率的影响。换言之，于量子阻障层中所掺入的N型掺质能有效地提供电子作为辐射复合之用，降低非辐射复合等如热形式的能量释放，因此可有效的提升发光效率，上述实验结果再次验证了前述图5至图8的模拟结果。
因此，由上文可知，本发明的发光二极管可使有源层的量子阻障层中掺有N型掺质的量子阻障层的层数符合特定比例，由此来有效提升发光二极管在222nm～405nm波段的发光效率。尤其当掺杂量子阻障层的层数k大于等于量子阻障层的总层数i的一半时，发光效率提升的效果显著，具体来说，当i为偶数时，k≥i/2；当i为奇数时，k≥(i-1)/2。
下文进一步探讨掺杂量子阻障层中N型掺质的掺杂浓度对发光二极管在222nm～405nm波段的发光效率的影响。
表2中记载当发光二极管中的有源层的结构如图3所示时，固定对靠近N型半导体层的四层量子阻障层232a-232d进行掺杂，因此表2各实验例中的掺杂量子阻障层232为四层，而另外靠近P型半导体层的量子阻障层232e-232f未掺杂。表2中表示发光二极管的掺杂量子阻障层中不同掺杂浓度对发光强度表现以及顺向电压表现的关系。并且，将表2的结果绘示于图10A与图10B中，其中图10A绘示发光二极管中的量子阻障层中不同掺杂浓度对电流-光输出功率曲线的关系图，而图10B绘示发光二极管的量子阻障层中不同掺杂浓度对电流-电压曲线的关系图。
表2
由表2及图10A的结果并参照图3可知，发光二极管的光输出功率随着掺杂浓度的增加而提升，例如，如前述，当不掺杂N型掺质时，由于量测不到本身背景掺杂浓度，因此未掺杂的浓度以N.A.来表示，其光输出功率为9.5mW(发光二极管200A)；当四层掺杂量子阻障层232a-232d的掺杂浓度为8x1017cm-3时，发光二极管200F的光输出功率可由均未掺杂的9.5mW提升至11.8mW，更佳的是，当掺杂浓度为2x1018cm-3时，发光二极管200G的光输出功率更可大幅度地由未掺杂的9.5mW提升到两倍的17.0mW，当掺杂浓度为4x1018cm-3时，发光二极管200H的光输出功率为19.1mW，而当掺杂浓度为6x1018cm-3时，发光二极管200E的光输出功率可提升到21.5mW。因此，由表2及图10A可推算出：当发光二极管的量子阻障层中，掺杂层数超过总层数的一半，且掺杂浓度为5x1017/cm3至1x1019/cm3时，即可有效地提升发光二极管200F-200I的发光效率。
另外，由表2及图10B的结果可知，在四层掺杂量子阻障层中当掺杂浓度为5x1017/cm3至1x1019/cm3时，N型掺质除可提升发光二极管的发光效率之外，还可降低量子阻障层的阻值，进而降低发光二极管的顺向电压。例如发光二极管的顺向电压由掺杂浓度为0的4.36V下降到掺杂浓度为6x1018的4.09V。上述结果代表提高量子阻障层232中N型掺质(例如硅)的掺杂浓度可以有效补偿缺陷密度对发光二极管在222nm～405nm波段的发光效率的影响。换言之，在量子阻障层中所掺入的N型掺质能有效地提供电子作为辐射复合之用，降低非辐射复合等如热形式的能量释放，因此可有效的提升发光效率，上述实验结果同样再次验证了前述图5至图8的模拟结果。
值得一提的是，依据上述本发明的发光二极管200B-200I的实施例，也可以选用IVA族中的至少一元素来作为N型掺质，其同样可以达到提供电子作为辐射复合之用，由此可有效提升发光效率。此外，掺杂量子阻障层中的掺杂浓度除了可如表1与表2般相等之外，也可以使掺杂浓度具有梯度变化。举例来说，以量子阻障层的总层数为6层，而掺杂量子阻障层为6层中的4层为例，4层掺杂量子阻障层的掺杂浓度自靠近N型半导体侧起算依序为C1、C2、...Ck，且Ck≤Ck-1，例如4层掺杂量子阻障层232a-232d的掺杂浓度依序为6x1018cm-3、5x 1018cm-3、4x 1018cm-3、3x 1018cm-3，换言之，掺杂量子阻障层的掺杂浓度变化是从靠近N型半导体侧的第一层量子阻障层232a渐减至最靠近P型半导体侧的第四层232d，如此，同样可以使得所掺入的N型掺质有效地提供电子作为辐射复合之用，由此可有效的提升发光效率。
再者，掺杂量子阻障层中掺杂浓度C1至Ck的梯度变化也可以是自靠近N型半导体侧起算依序为6x1018cm-3、7x1018cm-3、8x1018cm-3、6x1018cm-3，换言之，其掺杂浓度变化可为中间层数掺杂浓度大于最靠近N型半导体和最靠近P型半导体的型态。另外，掺杂量子阻障层中掺杂浓度的梯度变化还可以是自靠近N型半导体侧起算依序为6x1018cm-3、5x1018cm-3、8x1018cm-3、6x1018cm-3。总言之，只要最靠近P型半导体层的掺杂量子阻障层的掺杂浓度小于等于该k层掺杂量子阻障层中其他量子阻障层的掺杂浓度，即可使所掺入的N型掺质有效地提供电子作为辐射复合之用，由此可有效的提升发光效率。
综上所述，本发明的发光二极管中，通过使有源层中掺有N型掺质的量子阻障层的层数符合特定关系、或通过使有源层的掺杂有N型掺质的量子阻障层中最靠近P型半导体者具有最小的掺杂浓度、或通过使掺杂有N型掺质的量子阻障层的掺杂浓度满足特定关系，使得N型掺质可以抚平氮化镓的缺陷对载流子的影响，提升发光二极管的载流子的复合效率，因此本发明的发光二极管通过上述任一技术手段即可大幅地提升发光二极管在222nm～405nm波段的发光效率。
此外，本发明的发光二极管的实施型态不限于前述所绘示的型态，也可以为水平电极配置或垂直电极配置，均可实现本发明，因此不以此为限。
虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (16)
1.一种发光二极管，包括：
基板；
N型半导体层，位于该基板上；
有源层，具有一缺陷密度DD，其中DD≥2x107/cm3，该有源层位于该N型半导体层的部分区域上，该有源层发出的光波长λ为222nm≤λ≤405nm，该有源层包括i层的量子阻障层以及(i-1)层量子阱，各量子阱于任两层量子阻障层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂N型掺质于该些量子阻障层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2；
P型半导体层，位于该有源层上；以及
第一电极以及一第二电极，其中该第一电极位于该N型半导体层的部分区域上，且该第二电极位于该P半导体层的部分区域上。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其中该些已掺杂N型掺质的k层量子阻障层位于该些量子阻障层中最靠近N型半导体层的k层。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其中该些量子阻障层的材料包括AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤1，0≤y≤0.3，且x+y≤1。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其中各该量子阻障层的厚度为5nm至15nm之间。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其中该些量子阱的材料包括AlmInnGa1-m-nN，其中0≤m＜1，0≤n≤0.5，m+n≤1，且x＞m，n≥y。
6.一种发光二极管，包括：
基板；
N型半导体层，位于该基板上；
有源层，具有一缺陷密度DD，其中DD≥2x107/cm3，该有源层位于该N型半导体层的部分区域上且发出的光波长λ为222nm≤λ≤405nm，该有源层包括i层的量子阻障层以及(i-1)层量子阱，各量子阱于任两层量子阻障层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂N型掺质于该些量子阻障层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2；
P型半导体层，位于该有源层上，且该k层量子阻障层中最靠近该P型半导体的量子阻障层的掺杂浓度小于等于该k层量子阻障层中其他量子阻障层的掺杂浓度；以及
第一电极以及一第二电极，其中该第一电极位于该N型半导体层的部分区域上，且该第二电极位于该P半导体层的部分区域上。
7.如权利要求6所述的发光二极管，其中该些已掺杂N型掺质的k层量子阻障层位于该些量子阻障层中最靠近N型半导体层的k层。
8.如权利要求7所述的发光二极管，其中该k层量子阻障层的掺杂浓度至少为5x1017/cm3。
9.如权利要求7所述的发光二极管，其中该k层中各量子阻障层的掺杂浓度自N型半导体侧起算依序为C1、C2、...Ck，且Ck≤Ck-1。
10.如权利要求6所述的发光二极管，其中该些量子阻障层的材料包括AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤1，0≤y≤0.3，且x+y≤1。
11.如权利要求6所述的发光二极管，其中各该量子阻障层的厚度为5nm至15nm之间。
12.如权利要求6所述的发光二极管，其中该些量子阱的材料包括AlmInnGa1-m-nN，其中0≤m＜1，0≤n≤0.5，m+n≤1，且x＞m，n≥y。
13.一种发光二极管，包括：
基板；
N型半导体层，位于该基板上；
有源层，具有一缺陷密度为DD，其中DD≥2x107/cm3，该有源层位于该N型半导体层的部分区域上，该有源层发出的光波长λ为222nm≤λ≤405nm，该有源层包括i层的量子阻障层以及(i-1)层量子阱，各量子阱于任两层量子阻障层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂N型掺质于该些量子阻障层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2，该k层量子阻障层的掺杂浓度为5x1017/cm3至1x1019/cm3；
P型半导体层，位于该有源层上；以及
第一电极以及第二电极，其中该第一电极位于该N型半导体层的部分区域上，且该第二电极位于该P半导体层的部分区域上。
14.如权利要求13所述的发光二极管，其中该些已掺杂N型掺质的k层量子阻障层位于该些量子阻障层中最靠近N型半导体层的k层。
15.如权利要求13所述的发光二极管，其中该k层中各量子阻障层中最靠近该P型半导体的量子阻障层的掺杂浓度小于等于该k层量子阻障层中其他量子阻障层的掺杂浓度。
16.如权利要求13所述的发光二极管，其中各该量子阻障层的厚度为5nm至15nm之间。
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