CN107403858A - 发光二极管磊晶结构 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管磊晶结构，包含基板、缓冲层、第一半导体层、发光层、中介层、第二半导体层以及接触层。缓冲层设置于基板上。第一半导体层设置于缓冲层上。发光层设置于第一半导体层上。中介层设置于发光层上，其中中介层的材质为P型氮化铝。第二半导体层设置于中介层上，其中第二半导体层的材质为P型氮化铝镓。接触层设置于第二半导体层上。通过妥善选择中介层与第二半导体层的材质，第二半导体层相较于发光层具有较高的能阶，因此第二半导体层可以有效阻挡电子而不让电子通过。同时，中介层相较于第二半导体层具有较高的能阶，因此中介层将能更进一步地阻挡电子而不让电子通过，因而使电子得以停留在发光层中并提升发光层的发光效率。

Description

发光二极管磊晶结构
技术领域
本发明是有关于一种发光二极管磊晶结构。
背景技术
发光二极管由于具有高亮度、反应速度快、体积小、污染低、高可靠度、适合量产等优点，因此发光二极管在照明领域或是消费性电子产品的开发应用亦将越来越多，目前已将发光二极管广泛地应用在大型看板、交通信号灯、手机、扫描仪、传真机的光源以及照明装置等。基于上述可知，发光二极管的发光效率以及亮度需求将会越来越受到重视，是故高亮度发光二极管的研究开发将是固态照明应用上的重要课题。
发光二极管已经在某些应用领域中取代荧光灯与白炽灯，而作为例如需求高速反应的扫描器灯源、投影装置的灯源、液晶显示器的背光源或前光源，汽车仪表板上的照明灯源，交通信号的灯源以及一般照明装置的灯源等等。相较于传统灯管，发光二极管具有例如体积较小、使用寿命较长、驱动电压/电流较低、结构强度较高、无汞污染以及高发光效率(节能)等显着优势。
为了进一步改善发光二极管的各项特性，相关领域莫不费尽心思开发。如何能提供一种具有较佳特性的发光二极管，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域亟需改进的目标。
发明内容
本发明的一技术方案是在提供一种发光二极管磊晶结构，以提升发光二极管磊晶结构的发光强度。
根据本发明一实施方式，一种发光二极管磊晶结构，包含基板、缓冲层、第一半导体层、发光层、中介层、第二半导体层以及接触层。缓冲层设置于基板上。第一半导体层设置于缓冲层上。发光层设置于第一半导体层上。中介层设置于发光层上，其中中介层的材质为P型氮化铝。第二半导体层设置于中介层上，其中第二半导体层的材质为P型氮化铝镓。接触层设置于第二半导体层上。
于本发明的一或多个实施方式中，中介层的厚度小于或等于第二半导体层的厚度。
于本发明的一或多个实施方式中，中介层的厚度为约1nm至约10nm。
于本发明的一或多个实施方式中，第二半导体层的厚度为约10nm至约50nm。
于本发明的一或多个实施方式中，中介层的掺杂浓度小于或等于第二半导体层的掺杂浓度。
于本发明的一或多个实施方式中，中介层的掺杂浓度为约1×1017(atom/cm3)至约2×1018(atom/cm3)。
于本发明的一或多个实施方式中，第二半导体层的掺杂浓度为约2×1018(atom/cm3)至约3×1019(atom/cm3)。
于本发明的一或多个实施方式中，中介层与第二半导体层为掺杂镁。
于本发明的一或多个实施方式中，中介层的铝重量百分比大于第二半导体层的铝重量百分比。
于本发明的一或多个实施方式中，发光层所发射的光线包含波长小于或等于约280nm的光线。
本发明上述实施方式通过妥善选择中介层与第二半导体层的材质，于是相较于发光层，第二半导体层具有较高的能阶，因此第二半导体层可以有效地阻挡电子而不让电子通过，在此同时，相较于第二半导体层，中介层具有较高的能阶，换句话说，发光层与中介层的能阶差大于发光层与第二半导体层的能阶差，因此中介层将能更进一步地阻挡电子而不让电子通过，因而使电子得以停留在发光层中，进而提升发光层的发光效率。
附图说明
图1绘示依照本发明一实施方式的发光二极管磊晶结构的侧视示意图；
图2绘示依照本发明一实施方式的发光二极管磊晶结构的发光强度-波长图。
图3绘示依照本发明不同实施方式的发光二极管磊晶结构的发光强度-波长图。
具体实施方式
以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
图1绘示依照本发明一实施方式的发光二极管磊晶结构100的侧视示意图。本发明不同实施方式提供一种发光二极管磊晶结构100，发光二极管磊晶结构100主要为用于发射紫外光。
如图1所绘示，发光二极管磊晶结构100包含基板110、缓冲层120、第一半导体层130、发光层140、中介层150、第二半导体层160以及接触层170。缓冲层120设置于基板110上。第一半导体层130设置于缓冲层120上。发光层140设置于第一半导体层130上。中介层150设置于发光层140上，其中中介层150的材质为P型氮化铝。第二半导体层160设置于中介层150上，其中第二半导体层160的材质为P型氮化铝镓。接触层170设置于第二半导体层160上。
发光二极管磊晶结构100在发光时，电子会通过缓冲层120、第一半导体层130并到达发光层140，为了让电子可以停留在发光层140，将中介层150、第二半导体层160设置于在发光层140上，中介层150、第二半导体层160将可以阻挡电子通过，因而使电子得以停留在发光层140中。
具体而言，因为第二半导体层160的材料特性(第二半导体层160的材质为P型氮化铝镓)，相较于发光层140，第二半导体层160具有较高的能阶，因此第二半导体层160可以有效地阻挡电子而不让电子通过。在此同时，因为中介层150的材料特性(中介层150的材质为P型氮化铝)，相较于第二半导体层160，中介层150具有较高的能阶，换句话说，发光层140与中介层150的能阶差大于发光层140与第二半导体层160的能阶差，因此中介层150将能更进一步地阻挡电子而不让电子通过，因而使电子得以停留在发光层140中，进而提升发光层140的发光效率。
另外，发光二极管磊晶结构100在发光时，空穴会通过第二半导体层160、中介层150而到达发光层140，因为空穴在发光二极管磊晶结构100的迁移速率远低于电子在发光二极管磊晶结构100的迁移速率，因此在中介层150、第二半导体层160中掺杂受体而形成P型半导体，将使中介层150、第二半导体层160中的空穴数量增加，进而使空穴进入发光层140的有效效率提升。于是，空穴进入发光层140的有效效率将可以与电子进入发光层140的有效效率匹配，进而提升发光层140的发光效率。
图2绘示依照本发明一实施方式的发光二极管磊晶结构100与传统发光二极管磊晶结构的发光强度-波长图。如图2所绘示，曲线200绘示发光二极管磊晶结构100对于不同波长的光线的发光强度，曲线300绘示传统发光二极管磊晶结构对于不同波长的光线的发光强度，图中可以明显地发现发光二极管磊晶结构100对于不同波长的光线的发光强度远大于传统发光二极管磊晶结构对于不同波长的光线的发光强度。
具体而言，如图1与图2所绘示，发光层140所发射的光线包含波长小于或等于约280nm的光线，即包含紫外光。进一步来说，如图2所绘示，发光二极管磊晶结构100对于波长小于或等于约280nm的光线的发光强度远大于传统发光二极管磊晶结构对于波长小于或等于约280nm的光线的发光强度。
另外，需要特别注意的是，因为中介层150的材质为P型氮化铝，与第二半导体层160的材质不同，因此将可避免电子与空穴在中介层150中结合而发光的情形。若是电子与空穴在中介层150中结合而发光，将可能导致发光二极管磊晶结构100发出更多波长大于280nm的光线，因而使发光二极管磊晶结构100对于波长小于或等于约280nm的光线的发光强度下降。因此，让中介层150的材质为P型氮化铝将可避免这种情况发生。
具体而言，基板110的材质为蓝宝石、碳化硅、氮化铝或硅。应了解到，以上所举的基板110的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，应视实际需要，弹性选择基板110的材质。
具体而言，缓冲层120的材质为氮化铝。应了解到，以上所举的缓冲层120的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，应视实际需要，弹性选择缓冲层120的材质。
具体而言，第一半导体层130的材质为N型氮化铝镓。应了解到，以上所举的第一半导体层130的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，应视实际需要，弹性选择第一半导体层130的材质。
具体而言，发光层140可为多重量子井结构。应了解到，以上所举的发光层140的具体实施方式仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，应视实际需要，弹性选择发光层140的具体实施方式。
具体而言，接触层170的材质为P型氮化镓。应了解到，以上所举的接触层170的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，应视实际需要，弹性选择接触层170的材质。
具体而言，中介层150的铝重量百分比大于第二半导体层160的铝重量百分比，且中介层150的厚度小于或等于第二半导体层160的厚度。因为中介层150的材质为P型氮化铝，第二半导体层160的材质为P型氮化铝镓，因此中介层150的铝重量百分比较高，而铝重量百分比较高容易导致块材产生裂缝，且中介层150与第二半导体层160之间的铝重量百分比差异亦可能造成中介层150与第二半导体层160之间的表面产生裂缝，因而使发光二极管磊晶结构100的整体结构有缺陷。因此，为了使发光二极管磊晶结构100的整体结构不要有缺陷，让中介层150的厚度小于或等于第二半导体层160的厚度，如此将减少裂缝产生的机会。
更具体地说，中介层150的厚度为约1nm至约10nm，第二半导体层160的厚度为约10nm至约50nm。应了解到，以上所举的中介层150与第二半导体层160的厚度仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，应视实际需要，弹性选择中介层150的厚度与第二半导体层160。
图3绘示依照本发明不同实施方式的发光二极管磊晶结构100的发光强度-波长图，其中第二半导体层160的厚度为约50nm。如图3所绘示，曲线400绘示中介层150的厚度大于第二半导体层160的厚度的实施方式，曲线500绘示中介层150的厚度小于第二半导体层160的厚度的实施方式，其中中介层150的厚度为约10nm，曲线600绘示中介层150的厚度小于第二半导体层160的厚度的实施方式，其中中介层150的厚度为约1nm。从图中可以明显发现，当中介层150的厚度大于第二半导体层160的厚度时，发光二极管磊晶结构100的发光强度较低，而当中介层150的厚度小于第二半导体层160的厚度时，发光二极管磊晶结构100的发光强度将会有效提升。进一步来说，中介层150的厚度为约1nm的实施方式的发光强度较中介层150的厚度为约10nm的实施方式的发光强度强。于是可以得知，降低中介层150的厚度将能有效提升发光二极管磊晶结构100在图3所绘示之波段的发光强度。
如图1所绘示，具体而言，中介层150与第二半导体层160为掺杂二价受体。更具体地说，中介层150与第二半导体层160为掺杂镁。应了解到，以上所举的中介层150与第二半导体层160的具体实施方式仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，应视实际需要，弹性选择中介层150与第二半导体层160的具体实施方式。
具体而言，中介层150的掺杂浓度小于或等于第二半导体层160的掺杂浓度。因为中介层150的铝重量百分比大于第二半导体层160的铝重量百分比，而铝重量百分比较高的块材会随着掺杂受体的浓度增加而使得其块材品质下降，因而易使发光二极管磊晶结构100的整体结构产生缺陷。因此使中介层150的掺杂浓度小于或等于第二半导体层160的掺杂浓度，将可控制中介层150的块材品质，进而避免使发光二极管磊晶结构100的整体结构产生缺陷。
具体而言，中介层150的掺杂浓度为约1×1017(atom/cm3)至约2×1018(atom/cm3)，第二半导体层160的掺杂浓度为约2×1018(atom/cm3)至约3×1019(atom/cm3)。应了解到，以上所举的中介层150与第二半导体层160的具体实施方式仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，应视实际需要，弹性选择中介层150与第二半导体层160的具体实施方式。
本发明上述实施方式通过妥善选择中介层150与第二半导体层160的材质，于是相较于发光层140，第二半导体层160具有较高的能阶，因此第二半导体层160可以有效地阻挡电子而不让电子通过，在此同时，相较于第二半导体层160，中介层150具有较高的能阶，换句话说，发光层140与中介层150的能阶差大于发光层140与第二半导体层160的能阶差，因此中介层150将能更进一步地阻挡电子而不让电子通过，因而使电子得以停留在发光层140中，进而提升发光层140的发光效率。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种发光二极管磊晶结构，其特征在于，包含：
一基板；
一缓冲层，设置于该基板上；
一第一半导体层，设置于该缓冲层上；
一发光层，设置于该第一半导体层上；
一中介层，设置于该发光层上，其中该中介层的材质为P型氮化铝；
一第二半导体层，设置于该中介层上，其中该第二半导体层的材质为P型氮化铝镓；以及
一接触层，设置于该第二半导体层上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管磊晶结构，其特征在于，该中介层的厚度小于或等于该第二半导体层的厚度。
3.根据权利要求1所述的发光二极管磊晶结构，其特征在于，该中介层的厚度为1nm至10nm。
4.根据权利要求1所述的发光二极管磊晶结构，其特征在于，该第二半导体层的厚度为10nm至50nm。
5.根据权利要求1所述的发光二极管磊晶结构，其特征在于，该中介层的掺杂浓度小于或等于该第二半导体层的掺杂浓度。
6.根据权利要求1所述的发光二极管磊晶结构，其特征在于，该中介层的掺杂浓度为1×1017(atom/cm3)至2×1018(atom/cm3)。
7.根据权利要求1所述的发光二极管磊晶结构，其特征在于，该第二半导体层的掺杂浓度为2×1018(atom/cm3)至3×1019(atom/cm3)。
8.根据权利要求1所述的发光二极管磊晶结构，其特征在于，该中介层与该第二半导体层为掺杂镁。
9.根据权利要求1所述的发光二极管磊晶结构，其特征在于，该中介层的铝重量百分比大于该第二半导体层的铝重量百分比。
10.根据权利要求1所述的发光二极管磊晶结构，其特征在于，该发光层所发射的光线的波长包含波长小于或等于280nm的光线。
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