CN103779462A - 一种提高发光效率的led结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高发光效率的LED结构，该LED结构为，在衬底上依次沉积有缓冲层、未掺杂氮化镓层、n型导电氮化镓层、多量子阱、p型氮化铝镓层、p型氮化镓层、接触层以及之上的p电极，以及n型氮化镓层与其上的n电极，所述多量子阱由多个量子阱和量子垒交替形成，且在沿n型导电氮化镓层到p型氮化铝镓层的方向上，多量子阱内的量子垒的厚度逐步减小。本发明通过改变沿n型层到p型层方向上量子垒的厚度解决目前存在的LED中空穴分布不均匀造成发光效率低下的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种提高发光效率的LED结构。
背景技术
以III族氮化物为材料的白光LEDs正以前所未有的速度高速发展。白光LEDs具有更高亮度、低能耗、寿命长、响应快、无辐射等优点。针对当前能源短缺已成为我国经济可持续发展的制约因素，采用白光LEDs的半导体照明可以减少50％照明用电量，同时还能够减少环境污染，因而在一定程度上减少废气对全球气候变化的影响，改善我们的居住环境。较高的发光效率使得白光LEDs成为一种非常有前途的通用照明方案。然而，若要真正节约能源和降低照明费用，还需要进一步的提高半导体照明的性能。
在氮化镓基LED中，由于空穴的有效质量大，迁移率低，致使其迁移距离较短，使得载流子主要分布在靠近p型层的量子阱中。而量子垒较高的势垒阻碍了空穴在量子阱之间的迁移，进一步加剧了空穴在有源区内分布的不均匀，最终导致载流子复合发光主要集中在靠近p型层的几个量子阱内，降低了发光效率。
由于空穴的分布不均匀造成了LED复合辐射的效率降低，最终降低了LED的发光效率。因此，提高空穴在LED多量子阱内的均匀分布一直是制造商们努力寻求达到的目标。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种提高发光效率的LED结构，该结构为沿n型氮化镓层到p型氮化铝镓的方向上，量子垒的厚度逐步减小。其可以解决LED中空穴在量子阱内的分布不均匀的问题。
本发明提供的一种提高发光效率的LED结构，该LED结构为，在衬底上依次沉积有缓冲层、未掺杂氮化镓层、n型导电氮化镓层、多量子阱、p型氮化铝镓层、p型氮化镓层、接触层以及之上的p电极，以及n型氮化镓层与其上的n电极，其特征在于：所述多量子阱由多个量子阱和量子垒交替形成，且在沿n型导电氮化镓层到p型氮化铝镓层的方向上，多量子阱内的量子垒的厚度逐步减小。
本发明的有益效果在于：本发明通过改变沿n型层到p型层方向上量子垒的厚度解决目前存在的LED中空穴分布不均匀造成发光效率低下的问题。由于靠近p型层的量子垒的厚度较薄，空穴在量子阱间迁移长度减小，致使空穴可以更多的分布到靠近n型层的量子阱内，提高空穴的分布均匀性以及发光效率，最终提高LED的光输出功率。
附图说明
图1是本发明中提高发光效率的LED结构示意图。
图2是本发明中提高发光效率的LED结构的多量子阱的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明中提高发光效率的LED结构的结构示意图。其如图1所示，所述LED结构包括：在衬底201上依次沉积缓冲层202、未掺杂的氮化镓层203、n型氮化镓层204、多量子阱205、p型氮化铝镓层206、p型氮化镓层207、接触层208、接触层208上的电极209、以及n型氮化镓层204上的电极210。
图2为本发明中LED结构的多量子阱的具体结构示意图。如图2所示，在n型层到p型层的方向上，依次为量子垒2051、量子阱2052、量子垒2053、量子阱2054、～～～、量子垒205x、量子阱205(x+1)、量子垒205(x+2)，即所述多量子阱结构为量子阱和量子垒交替叠加而成，且在沿n型氮化镓到p型氮化铝镓的方向上，多量子阱内的量子垒的厚度逐步减小，而量子阱的厚度可以不变。
优选地，所述的靠近n型氮化镓的量子垒的厚度为10～20nm，靠近p型氮化铝镓电子阻挡层的量子垒的厚度为4～10nm。量子垒的数目4<x<15，优选为10。
优选地，所述衬底201选用蓝宝石或Si或SiC；氮化镓缓冲层202的厚度为20nm；未掺杂的氮化镓层203的厚度为2μm；n型氮化镓层204的厚度为2微米；量子垒20501的厚度为20nm；量子阱20502的厚度为3nm；量子垒20503的厚度为20nm；量子阱20504的厚度为3nm；量子垒20505的厚度为18nm；量子阱20506的厚度为3nm；量子垒20507的厚度为16nm；量子阱20508的厚度为3nm；量子垒20509的厚度为14nm；量子阱20510的厚度为3nm；量子垒20511的厚度为12nm；量子阱20512的厚度为3nm；量子垒20513的厚度为10nm；量子阱20514的厚度为3nm；量子垒20515的厚度为8nm；p型氮化铝镓层206厚度为30nm；p型氮化镓层207厚度为120nm。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种提高发光效率的LED结构，该LED结构为，在衬底上依次沉积有缓冲层、未掺杂氮化镓层、n型导电氮化镓层、多量子阱、p型氮化铝镓层、p型氮化镓层、接触层以及之上的p电极，以及n型氮化镓层与其上的n电极，其特征在于：所述多量子阱由多个量子阱和量子垒交替形成，且在沿n型导电氮化镓层到p型氮化铝镓层的方向上，多量子阱内的量子垒的厚度逐步减小。
2.如权利要求1所述的一种提高发光效率的LED结构，其特征在于：所述的靠近n型导电氮化镓层的量子垒的厚度为10～20nm，靠近p型氮化铝镓层的量子垒的厚度为4～10nm。
3.如权利要求2所述的一种提高发光效率的LED结构，其特征在于：所述多量子阱最上层和最底层均为量子垒，且除最底层外每个量子垒的厚度差2nm。
4.如权利要求2所述的一种提高发光效率的LED结构，其特征在于：所有量子阱的厚度为3nm。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种提高发光效率的LED结构，其特征在于：p型氮化铝镓层厚度为30nm；p型氮化镓层厚度为120nm。
6.如权利要求1-4任一项所述的一种提高发光效率的LED结构，其特征在于：量子垒的数目4<x<15。
7.如权利要求6所述的一种提高发光效率的LED结构，其特征在于：量子垒的数目为10。
8.如权利要求1-2、4任一项所述的一种提高发光效率的LED结构，其特征在于：所述衬底选用蓝宝石、Si和SiC中的一种。
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