CN105103311A - 具有经改善的静电放电特性的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种具有经改善的静电放电特性的发光二极管。所述发光二极管包含：n型接触层；p型接触层；活性区域，其介置在n型接触层与p型接触层之间，且包含障壁层与阱层；及用于保留载子的载子保留区域，其在n型接触层与活性区域之间与活性区域相接定位。所述载子保留区域具有能带隙经调节的带隙调节层，以便防止所述载子保留区域的内部的载子扩散到活性区域内。由此，可提供一种防止漏电而具有经改善的静电放电特性的发光二极管。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，更具体而言，涉及一种具有经改善的静电放电特性的发光二极管。
背景技术
通常，氮化镓类半导体作为全色显示器、交通信号灯、普通照明及光通信设备的光源，广泛应用于紫外线、蓝色/绿色发光二极管(lightemittingdiode)或激光二极管(laserdiode)。这种氮化镓类发光元件包含位于n型及p型氮化镓类半导体层之间的InGaN系的多量子阱结构的活性层。
图1是用于说明以往的发光二极管的剖面图，图2是放大表示图1的活性区域的剖面图，图3是用于说明图1的发光二极管的能带隙的概略性能带简图。
参照图1及图2，所述发光二极管包含基板(11)、缓冲层(13)、n型接触层(15)、活性区域(17)、p型接触层(19)、n-电极(21)以及p-电极(23)。
这种现有的发光二极管是在n型接触层(15)与p型接触层(19)之间包含多量子阱结构的活性区域(17)来改善发光效率，可调节多量子阱结构内的InGaN阱层的In含量来发射所需波长的光。
所述n型接触层(17)通常具有1×1018/cm3～1×1019/cm3的范围内的掺杂浓度，发挥供给电子的作用。另一方面，为了防止漏电而实现良好的结晶品质，活性区域(17)内的阱层(17w)及障壁层(17b)大致形成为未掺杂层。在活性区域(17)内进行掺杂的情况下，为了防止漏电而也以约1×1019/cm3以下的浓度对障壁层(17b)进行掺杂。
为了防止漏电而活性区域(17)与n型接触层(15)之间的特定区域的掺杂浓度较低，因此空乏区域扩大到n型接触层(15)内。这种空乏区域随着p型接触层(19)内的掺杂浓度的增加而进一步增大。所述空乏区域的扩大使n型接触层(15)与p型接触层(19)之间的实效的距离(d)增加。另一方面，电容器的电容(C)与距离(d)成反比，因此所述空乏区域的扩大使形成到n型接触层(15)与p型接触层(19)之间的电容器的电容(C)减少。电容(C)的减少最终使发光二极管的静电放电特性恶化。
另一方面，为了提高发光二极管的静电放电特性，如图3所示，可考虑对与活性区域(17)相接的n型接触层(15)的部分或障壁层(17b)掺杂1E19/cm3以上的高浓度的Si。但是，如上所述，因高浓度掺杂而生成的载子易于向活性区域(17)内移动，因此发光二极管的漏电流增加而发光二极管的电气特性变差。
发明内容
发明欲解决的课题
本发明欲解决的课题在于提供一种不增加漏电流而改善静电放电特性的发光二极管。
解决课题的手段
本发明的一实施例的发光二极管包含：n型接触层；p型接触层；活性区域，其介置在所述n型接触层与p型接触层之间，包含障壁层与阱层；及载子保留区域，其在所述n型接触层与所述活性区域之间与所述活性区域相接定位，用于保留载子。所述载子保留区域具有能带隙经调节的带隙调节层，以便防止所述载子保留区域的内部的载子扩散到所述活性区域内。
可通过所述载子保留区域防止空乏区域向n型接触层的内部扩大，从而可确保发光二极管的充足的电容，由此可提供具有经改善的静电放电特性的发光二极管。进而，通过防止所述载子保留区域内的载子向所述活性区域内扩散，可防止发光二极管漏电。
在一实施例中，所述带隙调节层可具有宽于所述阱层的带隙，且具有窄于所述障壁层的带隙。另外，所述载子保留区域可包含多个所述带隙调节层。进而，所述带隙调节层可具有1E19/cm3～1E21/cm3的范围的Si掺杂浓度。
由于所述带隙调节层具有窄于障壁层的带隙，因此载子可保留在带隙调节层内，从而可以防止漏电。
在其他实施例中，所述载子保留区域包含具有1E19/cm3～1E21/cm3的范围的Si掺杂浓度的高浓度掺杂层，所述带隙调节层可位于所述高浓度掺杂层与所述活性区域之间。进而，所述带隙调节层可具有宽于所述障壁层的带隙。所述高浓度掺杂层可具有与所述障壁层相同或窄于所述障壁层的带隙。
由于所述带隙调节层具有宽于所述障壁层的带隙，因此可防止载子从所述高浓度掺杂层向活性区域扩散，从而可防止发光二极管漏电。
在若干实施例中，所述阱层可由InGaN形成，所述障壁层可由GaN形成，所述带隙调节层可由较所述阱层更少地含有In的InGaN形成。此处，所述带隙调节层可具有1E19/cm3～1E21/cm3的范围的Si掺杂浓度。
在其他实施例中，所述阱层可由InGaN形成，所述障壁层可由GaN形成，所述带隙调节层可由AlGaN形成。进而，所述载子保留区域还可包含具有1E19/cm3～1E21/cm3的范围的Si掺杂浓度的高浓度GaN层。另外，所述带隙调节层可位于所述高浓度GaN层与所述活性区域之间。
发明的效果
根据本发明的实施例，通过在n型接触层与活性区域之间配置载子保留区域，不仅可保留载子，而且可防止载子向活性区域内扩散，由此可提供防止漏电而可改善静电放电特性的发光二极管。
附图说明
图1是用于说明现有的发光二极管的概略性剖面图。
图2是放大表示图1的活性区域的概略性剖面图。
图3是用于说明图1的发光二极管的带隙的概略性能带简图。
图4是用于说明本发明的一实施例的发光二极管的剖面图。
图5是放大表示图4的活性区域的概略性剖面图。
图6是用于说明图4的发光二极管的带隙的概略性能带简图。
图7是用于说明本发明的又一实施例的发光二极管的概略性能带简图。
图8是用于说明本发明的又一实施例的发光二极管的概略性能带简图。
(符号的说明)
11基板，13缓冲层，15n型接触层，15h高浓度掺杂层，16载子保留区域，16w带隙调节层(高浓度掺杂层)，16b：带隙调节层，16h：高浓度掺杂层，17活性区域，17b障壁层，17w阱层，19p型接触层，21n-电极，23p-电极
具体实施方式
以下，参照附图，详细地对本发明的实施例进行说明。以下所介绍的实施例是为了充分地向本领域技术人员传达本发明的思想而提供的示例。因此，本发明并不限定于以下所说明的实施例，能够以其他形态具体化。并且，在附图中，方便起见，可夸张表示构成要素的宽度、长度、厚度等。在说明书全文中，相同的参照符号表示相同的构成要素。
图4是用于说明本发明的一实施例的发光二极管的剖面图，图5是放大表示图4的活性区域的概略性剖面图，图6是用于说明图4的发光二极管的带隙的概略性能带简图。在图6中，为了便于说明，仅表示导带(conductionband)。
参照图4及图5，所述发光二极管可包含基板(11)、缓冲层(13)、n型接触层(15)、载子保留区域(16)、活性区域(17)、p型接触层(19)、n-电极(21)及p-电极(23)。另外，所述发光二极管可在所述活性区域(17)与p型接触层(19)之间包含p型镀层(未图示)。
所述基板(51)作为使氮化镓类半导体层成长的基板，并不特别限制于蓝宝石基板、SiC基板、尖晶石基板、硅基板、GaN基板等，例如可为经图案化的蓝宝石基板(PSS)。
所述缓冲层(13)可包含低温缓冲层及高温缓冲层。低温缓冲层例如可在400～600℃的低温下由(Al，Ga)N形成，特别是，由GaN或AlN形成。高温缓冲层是用于在基板(11)与n型接触层(15)之间缓和如电位的缺陷产生的层，在相对高温下成长。所述高温缓冲层例如可由未掺杂GaN形成。
所述n型接触层(15)由掺杂有n型杂质、例如Si的氮化镓类半导体层形成。所述n型接触层可由单一的GaN层形成，但并不限定于此，也可由多层形成。掺杂到所述n型接触层的Si掺杂浓度可处于1×1018/cm3～1×1019/cm3的范围内。
活性区域(17)可具有障壁层(17b)与阱层(17w)交替地积层而成的多量子阱结构。在图5中，表示有四个阱层(17w)，但并不限定于此，可使用更少或更多的阱层(17w)。所述障壁层(17b)可由带隙宽于阱层(17w)的氮化镓类半导体层、例如GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN形成。阱层(17w)具有窄于障壁层(17b)的带隙。阱层(17w)还可由具有窄于n型接触层(15)的带隙的氮化镓类半导体层、例如InGaN形成。阱层(17w)内的In的组成比由所需的光波长决定。活性区域(17)的第一层可为障壁层(17b)，最后一层可为障壁层(17b)或阱层(17w)。
为了提高活性区域(17)的结晶品质，障壁层(17b)及阱层(17w)可由未掺杂杂质的未掺杂层形成，但为了降低正向电压，也可在一部分或整个活性区域内掺杂1E19/cm3以下的杂质。
另一方面，载子保留区域(16)位于所述n型接触层(15)与活性区域(17)之间，且与活性区域(17)相接。如图6所示，载子保留区域(16)可由能带隙经调节的带隙调节层(16w)构成，以便可防止载子扩散到活性区域(17)。即，以如下方式调节所述带隙调节层(16w)：具有窄于障壁层(17b)的带隙，且具有宽于阱层(17w)的带隙。另外，带隙调节层(16w)可具有窄于n型接触层(15)的带隙。所述带隙调节层(16w)与第一个障壁层(17b)相接。所述带隙调节层(16w)还具有1E19/cm3～1E21/cm3的范围的Si掺杂浓度。例如，所述障壁层(17b)可由GaN形成，阱层(17w)可由InGaN形成，所述带隙调节层(16w)可由具有少于阱层(17w)的In含量的InGaN形成。
p型接触层(19)位于所述活性区域(17)上。另外，可在所述活性区域(17)与p型接触层(19)之间介置p型镀层(未图示)。p型镀层可为AlGaN。另外，p型接触层(19)可为GaN的单层结构或包含GaN层的多层结构。
另一方面，n-电极(21)电接触到n型接触层(15)，p-电极(23)电接触到p型接触层(19)。
根据本实施例，与活性区域(17)相接的带隙调节层(16w)具有高浓度的Si掺杂浓度，因此可防止空乏区域向n型接触层(15)扩大，从而可增加n型接触层(15)与p型接触层(19)之间的电容(C)而改善发光二极管的静电放电特性。进而，可利用所述带隙调节层(16w)防止其内部的载子向活性区域(17)内扩散，由此可防止发光二极管漏电。
图7是用于说明本发明的又一实施例的发光二极管的概略性能带简图。
参照图7，本实施例的发光二极管大致与参照图4至图6进行说明的发光二极管相似，但差异在于载子保留区域(16)包含多个带隙调节层(16w)。
所述多个带隙调节层(16w)分别具有窄于障壁层(17b)的带隙，且具有宽于阱层(17w)的带隙。另外，如参照图6所说明，各带隙调节层(16w)具有1E19/cm3～1E21/cm3的范围的Si掺杂浓度。
所述多个带隙调节层(16w)可具有彼此相同的带隙，但并不限定于此，也可具有彼此不同的带隙。多个带隙调节层(16w)的数量、宽度、掺杂浓度、带隙可调节成各种数量、宽度、掺杂浓度、带隙。
根据本实施例，通过采用多个带隙调节层(16w)，可有效地防止空乏区域扩大，还可容易地防止漏电。
图8是用于说明本发明的又一实施例的发光二极管的概略性能带简图。
参照图8，本实施例的发光二极管大致与参照图4至图6进行说明的发光二极管相似，但差异在于载子保留区域(16)的带结构。
即，本实施例的载子保留区域(16)包含高浓度掺杂层(16h)及带隙调节层(16b)。所述高浓度掺杂层(16h)可具有1E19/cm3～1E21/cm3的范围的Si掺杂浓度，可具有相同于或窄于障壁层(17b)的带隙，也可具有相同于或窄于n型接触层(15)的带隙。例如，所述障壁层(17b)可由GaN形成，阱层(17w)可由InGaN形成，所述高浓度掺杂层(16h)可由GaN形成。
另一方面，所述带隙调节层(16b)位于高浓度掺杂层(16h)与活性区域(17)之间。所述带隙调节层(16b)具有宽于障壁层(17b)的带隙，例如可由AlGaN形成。带隙调节层(16b)防止高浓度掺杂层(16h)内的载子向活性区域(17)扩散而防止漏电。
(实验例)
使用金属有机化学气相沉积MOCVD装备使外延层成长而制造约600×600μm2尺寸的发光二极管。使其他条件相同，比较例1对第一个障壁层掺杂小于1E19/cm3的Si，比较例2对第一个障壁层掺杂约1E19/cm3的Si，比较例3对第一个障壁层掺杂1.5E19/cm3的Si，实施例在第一个障壁层前形成具有较阱层(17w)大致少4％的In含量的带隙调节层(16w：准阱层)，对带隙调节层(16w)掺杂约1.5E19/cm3的Si。
在晶片级中，逆向电流Ir(-5V)未在比较例1、比较例2及实施例中表现出较大差异，但比较例3表现出比较例1的十倍以上的逆向电流值。在芯片级中，逆向电流Ir(-5V)也未在比较例1、比较例2及实施例中表现出较大差异，但比较例3表现出比较例1的三倍以上的逆向电流值。
另一方面，进行静电放电ESD测试，结果比较例1表现出约30％的ESD产率(ESD测试后，良好的状态的芯片产率)，ESD产率在比较例2中为55.7％，在比较例3中为66.0％，在实施例中为78.5％。
最终，确认到本发明的实施例既防止漏电恶化又表现出最良好的ESD产率。
Claims (11)
1.一种发光二极管，其包含：
n型接触层；
p型接触层；
活性区域，其介置在所述n型接触层与所述p型接触层之间，且所述活性区域包含障壁层与阱层；及
载子保留区域，其在所述n型接触层与所述活性区域之间与所述活性区域相接定位，所述载子保留区域用于保留载子；且
所述载子保留区域具有能带隙经调节的带隙调节层，以便防止所述载子保留区域的内部的载子扩散到所述活性区域内。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述带隙调节层的带隙宽于所述阱层，且所述带隙调节层的带隙窄于所述障壁层。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其中所述载子保留区域包含多个所述带隙调节层。
4.根据权利要求2或3所述的发光二极管，其中所述带隙调节层具有1E19/cm3～1E21/cm2的范围的Si掺杂浓度。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述载子保留区域包含高浓度掺杂层，所述高浓度掺杂层具有1E19/cm3～1E21/cm2的范围的Si掺杂浓度，所述带隙调节层位于所述高浓度掺杂层与所述活性区域之间。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，其中所述带隙调节层的带隙宽于所述障壁层。
7.根据权利要求5所述的发光二极管，其中所述高浓度掺杂层的带隙与所述障壁层相同或窄于所述障壁层。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述阱层由InGaN形成，所述障壁层由GaN形成，所述带隙调节层由较所述阱层更少地含有In的InGaN形成。
9.根据权利要求8所述的发光二极管，其中所述带隙调节层具有1E19/cm3～1E21/cm2的范围的Si掺杂浓度。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述阱层由InGaN形成，所述障壁层由GaN形成，所述带隙调节层由A1GaN形成。
11.根据权利要求10所述的发光二极管，其中所述载子保留区域还包含具有1E19/cm3～1E21/cm2的范围的Si掺杂浓度的高浓度GaN层，所述带隙调节层位于所述高浓度GaN层与所述活性区域之间。
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