CN107681029B - 一种氮化物半导体发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种氮化物半导体发光二极管，包括：N型氮化物半导体，多量子阱和P型氮化物半导体，所述多量子阱由阱层和垒层组成的周期结构，多量子阱的阱层两侧具有局域量子态量子限制层，该局域量子态量子限制层至少由4组子局域量子态层和子垒层构成，分别包括第一、二、三、四子局域量子态层和第一、二、三、四子垒层。每一周期量子阱的子阱层两侧的局域量子态量子限制层形成局域量子态，从而提升量子阱的电子和空穴的注入效率、限制效应、量子尺寸效应和复合效率，提升发光效率和量子效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种具有局域量子态量子限制层的氮化物半导体发光二极管。
背景技术
现今，氮化物半导体发光二极管（LED），因其较高的发光效率、波长连续可调、节能环保等优点，目前已广泛应用于室内白光照明、手机背光照明、电视背光照明、显示照明、路灯、景观灯等领域。采用量子结构的氮化物发光二极管通过局域量子限制作用，可提升有源区的电子和空穴波函数的交叠几率和复合效率，使量子效率再提升至一个新的台阶。传统意义上的超晶格和量子阱由两种组分不同、禁带宽度不同的超薄层材料形成的人工周期性结构。量子阱结构中的能带分裂成分立的量子能级，当势阱材料的厚度达到可比拟电子的德布罗意波长或与玻尔半径时，产生量子尺寸效应。采用多量子阱结构的氮化物发光二极管可在量子阱区域形成量子效应、量子限制效应、量子尺寸效应等，提升量子阱的电子和空穴的复合几率，从而使内量子效率可提升至75%以上。
为了进一步提升氮化物发光二极管的量子效率，有必要通过形成更强的量子结构来获得更好的量子效应，从而提升发光二极管的外量子效率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种具有局域量子态量子限制层的氮化物半导体发光二极管，所述多量子阱的阱层由主阱层和局域量子态限制层组成，所述多量子阱的主阱层两侧具有局域量子态量子限制层，该局域量子态量子限制层至少由4组子局域量子态层和子垒层构成，每一周期多量子阱的主阱层两侧的局域量子态量子限制层形成局域量子态，从而提升量子阱的电子和空穴的注入效率、限制效应、量子尺寸效应和复合效率，提升发光效率和量子效率。
本发明公开一种具有局域量子态量子限制层的氮化物半导体发光二极管，包括N型氮化物半导体，多量子阱和 P型氮化物半导体，所述多量子阱由阱层和垒层组成的周期结构，多量子阱的主阱层两侧具有局域量子态量子限制层，该局域量子态量子限制层至少由4组子局域量子态层和子垒层构成，分别为第一、二、三、四子局域量子态层和第一、二、三、四子垒层。每一周期量子阱的主阱层两侧的局域量子态量子限制层形成局域量子态，从而提升量子阱的电子和空穴的注入效率、限制效应、量子尺寸效应和复合效率，提升发光效率和量子效率。
进一步地，所述第一和第四子局域量子态层的厚度为1~5埃米，优选2埃米，In组分从0渐变至0.1再渐变至0.05，在In组分变化至0.1位置无恒定的In组分区，形成In组分的陡峭尖谷区，不参与电子空穴复合发光；第一和第四子垒层的厚度为1~5埃米，优选2埃米，In组分0.05；
进一步地，所述第二和第三子局域量子态层的厚度为1~5埃米，优选2埃米，In组分从0.05渐变至0.15再渐变至0.05，在In组分变化至0.15位置无恒定的In组分区，形成In组分的陡峭尖谷区，不参与电子空穴复合发光；第二和第三子垒层，厚度为1~5埃米，优选2埃米，In组分为0.05；
进一步地，所述多量子阱的子阱层的厚度为20~40埃米，优选20埃米，In组分为0.15~0.25，优选0.2；所述多量子阱的子垒层厚度为50~150埃米，优选100埃米，In组分为0；
进一步地，所述多量子阱的周期数为n，其中n≥5；
进一步地，所述多量子阱的局域量子态量子限制层至少具有4组子局域量子态层，每周期的多量子阱具有不超过8组子局域量子态层，对In组分再进行细分，形成多组局域量子态层；
进一步地，位于所述主阱层的左侧的子局域量子态层的数量为K，右侧的子局域量子态层的数量为L，其中4≤K+L≤8，0≤K，0≤L。
附图说明
图1为传统氮化物半导体发光二极管的结构示意图。
图2为本发明的氮化物半导体发光二极管的量子阱结构示意图。
图3为本发明的氮化物半导体发光二极管的量子阱能带和局域量子态效果示意图，量子阱阱层的左侧2个/右侧2个子局域量子态层。
图4为一种具有局域量子态量子限制层的氮化物半导体发光二极管的量子阱能带和局域量子态效果示意图，量子阱的主阱层的左侧1个/右侧3个子局域量子态层。
图5为一种具有局域量子态量子限制层的氮化物半导体发光二极管的量子阱能带和局域量子态效果示意图，量子阱的主阱层的左侧0个/右侧4个子局域量子态层。
图6为一种具有局域量子态量子限制层的氮化物半导体发光二极管的量子阱能带和局域量子态效果示意图，量子阱的主阱层的左侧3个/右侧1个子局域量子态层。
图7为一种具有局域量子态量子限制层的氮化物半导体发光二极管的量子阱能带和局域量子态效果示意图，量子阱的主阱层的左侧4个/右侧0个子局域量子态层。
图示说明：100：衬底；101：缓冲层；102：N型氮化物半导体；103：多量子阱；103x：量子阱的阱层；103y：局域量子态量子限制层；103a：第一子局域量子态层；103b：第一子垒层；103c：第二子局域量子态层；103d：第二子垒层，103e：量子阱的主阱层；103g：第三子局域量子态层；103f：第三子垒层，103i：第四子局域量子态层；103h：第四子垒层；103j：量子阱的垒层104：电子阻挡层；105：P型氮化物半导体；106：P型接触层。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，传统的氮化物发光二极管，一般由衬底100，缓冲层101，N型氮化物102，多量子阱103，电子阻挡层104，P型氮化物105，P型接触层106组成。如图2所示，本发明公开的一种具有局域量子态量子限制层的氮化物半导体发光二极管，依次包括衬底100，缓冲层101，N型氮化物102，多量子阱103，电子阻挡层104，P型氮化物105，P型接触层106，所述多量子阱103由阱层103x和垒层103j构成的周期性结构，周期数为n（n≥5），优选周期数n=8对。所述每一周期的多量子阱103的主阱层103e两侧具有4组子局域量子态层构成的局域量子态量子限制层103y，量子阱103x由4组子局域量子态层103y和主阱层103e构成，即第一子局域量子态层103a，第一子垒层103b，第二子局域量子态层103c，第二子垒层103d，量子阱的主阱层103e，第三子局域量子态层103g，第三子垒层103f，第四子局域量子态层103i和第四子垒层103h构成。通过在每一周期主阱层103e的两侧形成4组局域量子态提升电子和空穴在量子阱的注入效率、限制效应、量子尺寸效应和复合效率，提升发光效率。
所述第一子局域量子态层103a和第四子局域量子态层103i的厚度，优选为2埃米，In组分从0渐变至0.1再渐变至0.05，在In组分变化至0.1位置无恒定的In组分区，形成In组分的陡峭尖谷区，不参与电子空穴复合发光；第一子垒层103b和第四子垒层103h的厚度为2埃米，In组分0.05。
所述第二子局域量子态层103c/103g的厚度，优选为2埃米，In组分从0.05渐变至0.15再渐变至0.05，在In组分变化至0.15位置无恒定的In组分区，形成In组分的陡峭尖谷区，不参与电子空穴复合发光；第二子垒层103d和第三子垒层103f，厚度为2埃米，In组分为0.05。
所述多量子阱的主阱层103e的厚度为20~40埃米，优选为20埃米，In组分为0.20；
所述多量子阱的垒层103j的厚度为50~150埃米，优选为100埃米，In组分为0；
所述多量子阱由周期为n的阱层103x和垒层103j构成，周期数优选为8对。
所述多量子阱的局域量子态量子限制层103y至少具有4组子局域量子态层每周期形成至少4个的局域量子态，每周期的多量子阱具有不超过8组子局域量子态层，对In组分再进行细分，形成多组局域量子态层。
如图3所示，本发明通过形成多重的局域量子态，形成第一、二、三、四局域量子态，位于量子阱的主阱层103e的左侧2个/右侧2个子局域量子态层，在主阱层103e两侧提升量子阱区域的电子和空穴在量子阱的注入效率、限制效应、量子尺寸效应和复合效率，提升发光效率。
实施例2
如图4所示，本发明通过形成多重的局域量子态，形成第一、二、三、四局域量子态，位于量子阱的主阱层103e的左侧1个/右侧3个子局域量子态层，在主阱层103e两侧提升量子阱区域的电子和空穴在量子阱的注入效率、限制效应、量子尺寸效应和复合效率，提升发光效率。
实施例4
如图5所示，本发明通过形成多重的局域量子态，形成第一、二、三、四局域量子态，位于量子阱的主阱层103e的左侧0个/右侧4个子局域量子态层，在主阱层103e两侧提升量子阱区域的电子和空穴在量子阱的注入效率、限制效应、量子尺寸效应和复合效率，提升发光效率。
实施例5
如图6所示，本发明通过形成多重的局域量子态，形成第一、二、三、四局域量子态，位于量子阱的主阱层103e的左侧3个/右侧1个子局域量子态层，在主阱层103e两侧提升量子阱区域的电子和空穴在量子阱的注入效率、限制效应、量子尺寸效应和复合效率，提升发光效率。
实施例6
如图7所示，本发明通过形成多重的局域量子态，形成第一、二、三、四局域量子态，位于量子阱的主阱层103e的左侧4个/右侧0个子局域量子态层，在主阱层103e两侧提升量子阱区域的电子和空穴在量子阱的注入效率、限制效应、量子尺寸效应和复合效率，提升发光效率。
实施例7
本发明通过形成多重的局域量子态，所述多量子阱的每周期的量子阱具有不超过8组子局域量子态层，可对In组分再进行细分，形成多组局域量子态层，位于主量主阱层103e的左侧的子局域量子态的层数量为k，右侧的子局域量子态的层数量为L，其中4≤K+L≤8，0≤K，0≤L。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。
Claims (10)
1.一种氮化物半导体发光二极管，包括：N型氮化物半导体，多量子阱和P型氮化物半导体，所述多量子阱由阱层和垒层组成的若干个周期结构，所述多量子阱的阱层由主阱层和局域量子态限制层组成，所述多量子阱的主阱层两侧具有局域量子态量子限制层，所述局域量子态量子限制层至少由4组子局域量子态层和子垒层构成，分别包括第一、二、三、四子局域量子态层和第一、二、三、四子垒层。
2.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述第一、第四子局域量子态层的厚度为1~5埃米，In组分从0渐变至0.1再渐变至0.05，在In组分变化至0.1位置无恒定的In组分区，形成In组分的陡峭尖谷区，不参与电子空穴复合发光。
3.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述第一、第四子垒层的厚度为1~5埃米，In组分为0.05。
4.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述第二、第三子局域量子态层的厚度为1~5埃米，In组分从0.05渐变至0.15再渐变至0.05，在In组分变化至0.15位置无恒定的In组分区，形成In组分的陡峭尖谷区，不参与电子空穴复合发光。
5.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述第二、第三子垒层的厚度为1~5埃米，In组分为0.05。
6.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述多量子阱的主阱层的厚度为20~40埃米，In组分为0.15~0.25。
7.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述多量子阱的垒层的厚度为50~150埃米，In组分为0。
8.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述多量子阱的周期数为n，其中n≥5。
9.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述若干个周期结构的多量子阱，单个周期具有不超过8组子局域量子态层，对In组分再进行细分，形成多组局域量子态层。
10.根据权利要求9所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：位于所述主阱层的左侧的子局域量子态层的数量为K，右侧的子局域量子态层的数量为L，其中4≤K+L≤8，0≤K，0≤L。
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