CN108054255B - 发光二极管结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光二极管结构。发光二极管结构包括基板、N型半导体层、发光层以及P型半导体层。N型半导体层配置于基板上。发光层适于发出主要发光波长介于365奈米至490奈米之间的光且配置于N型半导体层上。P型半导体层配置于发光层上，且包括P型氮化铝镓层。P型氮化铝镓层的厚度占整体P型半导体层的厚度的85％以上。

Description

发光二极管结构
本申请是申请人于2014年1月13日提交的、申请号为“201410014540.5”的发明名称为“发光二极管结构”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明是有关于一种半导体结构，且特别是有关于一种发光二极管结构。
背景技术
随着半导体科技的进步，现今的发光二极管已具备了高亮度的输出，加上发光二极管具有省电、体积小、低电压驱动以及不含汞等优点，因此发光二极管已广泛地应用在显示器与照明等领域。一般而言，发光二极管采用宽带隙半导体材料，如氮化镓(GaN)等材料，来进行制造。然而，当发光二极管的发光层放出近UV光或蓝光时，采用氮化镓所形成的P型半导体层会吸收波长约为365～490奈米左右的光，即会吸收近UV光与蓝光，进而影响整体发光二极管的出光效率。
发明内容
本发明提供一种发光二极管结构，其具有较佳的出光效率。
本发明的发光二极管结构，其包括基板、N型半导体层、发光层以及P型半导体层。N型半导体层配置于基板上。发光层适于发出主要发光波长介于365奈米至490奈米之间的光且配置于N型半导体层上。P型半导体层配置于发光层上，且包括P型氮化铝镓层。P型氮化铝镓层的厚度占整体P型半导体层的厚度的85％以上。
在本发明的一实施例中，上述的P型半导体层为P型氮化铝镓层。
在本发明的一实施例中，上述的P型半导体层还包括P型氮化镓层，配置于P型氮化铝镓层上。P型氮化镓层的厚度占整体P型半导体层的厚度的15％以下。
在本发明的一实施例中，上述的P型氮化铝镓层包括第一P型氮化铝镓层以及第二P型氮化铝镓层。第一P型氮化铝镓层中的铝含量不同于第二P型氮化铝镓层中的铝含量。
在本发明的一实施例中，上述的第一P型氮化铝镓层位于第二P型氮化铝镓层与发光层之间，且第一P型氮化铝镓层中的铝含量大于第二P型氮化铝镓层中的铝含量。
在本发明的一实施例中，上述的第一P型氮化铝镓层的材料为AlxGa1-xN，且x为0.09～0.2。
在本发明的一实施例中，上述的第二P型氮化铝镓层的材料为AlyGa1-yN，且y为0.01～0.15。
在本发明的一实施例中，上述的第二P型氮化铝镓层的厚度大于第一P型氮化铝镓层的厚度。
在本发明的一实施例中，上述的第一P型氮化铝镓层中的P型掺杂浓度大于第二P型氮化铝镓层的P型掺杂浓度。
在本发明的一实施例中，上述的P型半导体层还包括P型氮化铝铟镓层，配置于P型氮化铝镓层与发光层之间。
在本发明的一实施例中，上述的N型半导体层为N型氮化镓层。
在本发明的一实施例中，上述的发光二极管结构，还包括N型电极以及P型电极。N型电极配置于未被发光层所覆盖的N型半导体层上，且与N型半导体层电性连接。P型电极配置于P型半导体层上，且与P型半导体层电性连接。
在本发明的一实施例中，上述的发光二极管结构还包括透明导电层，配置于P型半导体层上。
基于上述，由于本发明的P型氮化铝镓层的厚度占整体P型半导体层的厚度的85％以上，因此可以降低P型半导体层吸收发光层所发出的近UV光或蓝光。如此一来，本发明的发光二极管结构可具有较佳的出光效率。
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示出为本发明的一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图；
图2示出为本发明的另一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图；
图3示出为本发明的另一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图；
图4示出为本发明的另一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图；
图5示出为本发明的另一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图；
图6示出为本发明的另一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图。
附图标记说明：
100a、100b、100c、100d、100e、100f：发光二极管结构；
110：基板；
120：N型半导体层；
130：发光层；
140a、140b、140c、140d、140e：P型半导体层；
142a、142b、142d：P型氮化铝镓层；
142c1、142e1：第一P型氮化铝镓层；
142c2、142e2：第二P型氮化铝镓层；
144b：P型氮化镓层；
144d、144e：P型氮化铝铟镓层；
150：N型电极；
160：P型电极；
170：透明导电层；
T1、T2：厚度。
具体实施方式
图1示出为本发明的一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图。请参考图1，在本实施例中，发光二极管结构100a包括基板110、N型半导体层120、发光层130以及P型半导体层140a。N型半导体层120配置于基板110上。发光层130适于发出主要发光波长介于365奈米至490奈米之间的光且配置于N型半导体层120上。P型半导体层140a配置于发光层130上，且包括P型氮化铝镓层142a。P型氮化铝镓层142a的厚度占整体P型半导体层140a的厚度的85％以上。
详细来说，在本实施例中，基板110例如是蓝宝石基板，而发光层130例如是氮化镓/氮化铟镓的量子井结构，但并不以此为限。N型半导体层120位于基板110与发光层130之间，且N型半导体层120的一部分暴露于发光层130之外。此处，N型半导体层120具体为N型氮化镓层。如图1所示，本实施例的P型半导体层140a具体为P型氮化铝镓层142a，意即整层的P型半导体层140a是由单一材料，即氮化铝镓，所形成。较佳地，P型氮化铝镓层142a的厚度为30奈米至100奈米。此外，本实施例的发光二极管结构100a还包括N型电极150以及P型电极160，其中N型电极150配置于未被发光层130所覆盖的N型半导体层120上且与N型半导体层120电性连接，而P型电极160配置于P型半导体层140a上且与P型半导体层140a电性连接。由上述元件的配置可得知，本实施例的发光二极管结构100a具体为蓝色发光二极管结构。
由于本实施例P型半导体层140a具体为P型氮化铝镓层142a，且P型氮化铝镓层142a材料特性并不会吸收近UV光或蓝色光波段的光线。因此，当发光层130发出光线时，光线可直接通过P型半导体层140a且不会被吸收。如此一来，本实施例的发光二极管结构100a可具有较佳的出光效率。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图2示出为本发明的另一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图。请参考图2，本实施例的发光二极管结构100b与图1的发光二极管结构100a相似，但二者主要差异之处在于：本实施例的P型半导体层140b是由P型氮化铝镓层142b以及P型氮化镓层144b所组成，其中P型氮化镓层144b配置于P型氮化铝镓层142b上。特别是，在本实施例中，P型氮化铝镓层142b的厚度占整体P型半导体层140b的厚度的85％以上，换言之，P型氮化镓层144b的厚度占整体P型半导体层140b的厚度的15％以下。较佳地，P型氮化镓层144b的厚度小于10奈米。
由于本实施例P型氮化铝镓层142b的厚度占整体P型半导体层140b的厚度的85％以上，且P型氮化铝镓层142b材料特性并不会吸收蓝色光波段的光线。依据比尔-朗伯定律(Beer–Lambert law)可得知，当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。故，当发光层130发出光线时，由于会吸收蓝色光波的P型氮化镓层144b的厚度远小于P型氮化铝镓层142b的厚度，因此可以降低P型半导体层140b吸收发光层130所发出的近UV光或蓝光。如此一来，本实施例的发光二极管结构100b可具有较佳的出光效率。
图3示出为本发明的另一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图。请参考图3，本实施例的发光二极管结构100c与图1的发光二极管结构100a相似，但二者主要差异之处在于：本实施例的P型半导体层140c具体为P型氮化铝镓层，其中P型氮化铝镓层包括第一P型氮化铝镓层142c1以及第二P型氮化铝镓层142c2，且第一P型氮化铝镓层142c1中的铝含量不同于第二P型氮化铝镓层142c2中的铝含量。较佳地，第一P型氮化铝镓层142c1位于第二P型氮化铝镓层142c2与发光层130之间，且第一P型氮化铝镓层142c1中的铝含量大于第二P型氮化铝镓层142c2中的铝含量。此处，第一P型氮化铝镓层142c1的材料为AlxGa1-xN，其中x为0.09～0.2。第二P型氮化铝镓层142c2的材料为AlyGa1-yN，其中的y为0.01～0.15。第二P型氮化铝镓层142c2的厚度T2大于第一P型氮化铝镓层142c1的厚度T1。
需说明的是，P型氮化铝镓层可减少吸光，但若P型氮化铝镓层中的铝含量太高，则较多的磊晶缺陷会造成复合载流子的损失且增加发光二极管结构内部的热量。再者，P型氮化铝镓层中的铝含量增加会造成另外一项影响，便是会使得p型氮化铝镓层阻值增加并使得电极制造更加困难。因此，本实施例的发光二极管结构100c通过靠近发光层130的第一P型氮化铝镓层142c1，其铝含量高，带隙(bandgap)会比较大，电子阻挡的效果比较好，能将未掉入的发光层130的电子弹回发光层130内，以增加光的效率。此外，第一P型氮化铝镓层142c1的厚度T1较薄，因此可减少因高含量的铝所造成的磊晶缺陷。
此外，本实施例的第一P型氮化铝镓层142c1中的P型掺杂浓度大于第二P型氮化铝镓层142c2的P型掺杂浓度。其中，P型掺杂多可以提供较多的空穴，而第一P型氮化铝镓层142c1较靠近发光层130，空穴容易进入发光层130，使空穴与电子在发光层130中相遇而接合，就以光子的形式释放出来。
图4示出为本发明的另一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图。请参考图4，本实施例的发光二极管结构100d与图1的发光二极管结构100a相似，但二者主要差异之处在于：本实施例的P型半导体层140d是由P型氮化铝镓层142d以及P型氮化铝铟镓层144d所组成，其中P型氮化铝铟镓层144d配置于P型氮化铝镓层142d与发光层130之间。在本实施例中，P型氮化铝铟镓层144d可减缓P型氮化铝镓层142d与发光层130之间材料晶格不匹配的现象，可降低发光二极管结构100d在磊晶时产生的应力。
图5示出为本发明的另一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图。请参考图5，本实施例的发光二极管结构100e与图1的发光二极管结构100a相似，但二者主要差异之处在于：本实施例的P型半导体层140e是由第一P型氮化铝镓层142e1、第二P型氮化铝镓层142e2以及P型氮化铝铟镓层144e所组成。第一P型氮化铝镓层142e1中的铝含量不同于第二P型氮化铝镓层142e2中的铝含量，较佳地，第一P型氮化铝镓层142e1的材料为AlxGa1-xN，其中x为0.09～0.2，而第二P型氮化铝镓层142e2的材料为AlyGa1-yN，其中的y为0.01～0.15。利用第一P型氮化铝镓层142e1与第二P型氮化铝镓层142e2的铝含量不同，可以避免吸光，同时又可减少磊晶缺陷及阻值高的问题。第一P型氮化铝镓层142e1配置于第二P型氮化铝镓层142e2与P型氮化铝铟镓层144e之间，而P型氮化铝铟镓层144e直接接触发光层130。P型氮化铝铟镓层144e可减缓第一P型氮化铝镓层142e1与发光层130之间材料晶格不匹配的现象，可降低发光二极管结构100e在磊晶时产生的应力。
图6示出为本发明的另一实施例的一种发光二极管结构的剖面示意图。请参考图6，本实施例的发光二极管结构100f与图1的发光二极管结构100a相似，但二者主要差异之处在于：本实施例的发光二极管结构100f还包括透明导电层170，其中透明导电层170配置于P型半导体层140a上，且位于P型半导体层140a与P型电极160之间。P型半导体层140a可通过透明导电层170与P型电极160形成良好的欧姆接触(ohmic contact)。此处，透明导电层170的材质例如为铟锡氧化物(indium tin oxide，简称ITO)、铟锌氧化物(indium zincoxide，简称IZO)、氧化锌(zinc oxide，简称ZnO)、铟锡锌氧化物(indium tin zinc oxide，简称ITZO)、铝锡氧化物(aluminum tin oxide，简称ATO)、铝锌氧化物(aluminum zincoxide，简称AZO)或其他适当的透明导电材质。
综上所述，由于本发明的P型氮化铝镓层的厚度占整体P型半导体层的厚度的85％以上，因此可以降低P型半导体层吸收发光层所发出的近UV光或蓝光。如此一来，本发明的发光二极管结构可具有较佳的出光效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种发光二极管结构，其特征在于包括：
N型半导体层；
发光层，配置于所述N型半导体层上，所述发光层适于发出主要发光波长介于365奈米至490奈米之间的光；
P型半导体层，配置于发光层上，且包括P型氮化铝镓层，P型氮化铝镓层的厚度占整体P型半导体层厚度的85％以上，所述P型氮化铝镓层进一步包括：
第一P型氮化铝镓层，配置于所述发光层上；
第二P型氮化铝镓层，配置于所述第一P型氮化铝镓层上；
其中所述第二P型氮化铝镓层的厚度大于所述第一P型氮化铝镓层的厚度，且所述第一P型氮化铝镓层的P型掺质浓度大于所述第二P型氮化铝镓层的P型掺质浓度。
2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述P型半导体层还包括P型氮化镓层，配置于所述P型氮化铝镓层上，且所述P型氮化镓层的厚度占整体所述P型半导体层的厚度的15％以下。
3.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述第一P型氮化铝镓层的材料为AlxGa1-xN，其中x为0.09～0.2。
4.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述第二P型氮化铝镓层的材料为AlyGa1-yN，其中的y为0.01～0.15。
5.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，还包括P型氮化铝铟镓层，配置于所述第一P型氮化铝镓层与所述发光层之间。
6.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述N型半导体层为N型氮化镓层。
7.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，还包括：
N型电极，配置于所述N型半导体层上，且与所述N型半导体层电性连接；以及
P型电极，配置于第一P型氮化铝镓层上，且与所述第一P型氮化铝镓层电性连接。
8.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，还包括：
透明导电层，配置于所述第二P型氮化铝镓层上。
9.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述第一P型氮化铝镓层的能隙大于所述第二P型氮化铝镓层的能隙。
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