CN108133985A - 一种氮化物发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氮化物发光二极管，包括一衬底，以及依次位于衬底上的成核层、缓冲层、n型层、发光层、P型层和N型接触层，其特征在于：所述N型接触层包括u‑GaN/n‑GaN超晶格结构层。本发明采用u‑GaN/n‑GaN超晶格结构或者u‑GaN/n‑GaN超晶格结构和n+GaN层作为N型接触层，降低与其上的电流扩展层的接触电阻，提高注入电流的横向扩展能力，使得抗静电性能得到改善，操作电压得到降低。

Description

一种氮化物发光二极管
技术领域
本发明属于半导体光电器件领域，尤其涉及一种具有N型接触层的氮化物发光二极管。
背景技术
目前，发光二极管（Light-emitting diodes，简称LED）以其高效率、长寿命、全固态、自发光和绿色环保等优点，已经被广泛应用于照明和显示两大领域。其氮化镓系发光二极管因其带隙覆盖各种色光，成为国内外产学研各界重点研究的对象，尤其是近年来p型层结构逐渐成为各界研究的热点。
传统的发光二极管结构包括衬底，以及位于衬底上的成核层、缓冲层、N型GaN层、发光层、低温P型GaN层、电子阻挡层（P-AlGaN）、高温P型GaN层、P型接触层、电流扩展层（例如ITO）和一对电极，N型GaN层提供的电子与P型GaN层提供的空穴在发光层复合辐射发光，但是由于P型GaN层与P型接触层中P型杂质（例如Mg）的活化效率较低，同时由于P型接触层与电流扩展层的接触电阻较大，导致发光二极管的操作电压较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种氮化物发光二极管，包括一衬底，以及依次位于衬底上的缓冲层、n型GaN层、发光层、P型层和N型接触层，其特征在于：所述N型接触层包括u-GaN/n-GaN超晶格结构层。优选的，所述N型接触层还包括位于u-GaN/n-GaN超晶格结构层上的n+ GaN层。
优选的，所述n+ GaN层中n型杂质浓度不小于u-GaN/n-GaN超晶格结构层中n型杂质浓度。
优选的，所述P型层包括低温p型GaN层和p型AlGaN层。
优选的，所述N型接触层中的n+ GaN层的厚度为10Å~250Å，n型杂质浓度为1×1019~5×1019/cm3。
优选的，所述u-GaN/ n-GaN超晶格结构层中u-GaN层的厚度为20Å~50Å。
优选的，所述u-GaN/ n-GaN超晶格结构层中n-GaN层的厚度为30Å~75Å。
优选的，所述u-GaN/ n-GaN超晶格结构层中n型杂质浓度为1×1019~5×1019/cm3。
优选的，所述u-GaN/ n-GaN超晶格结构层的周期数为1~30。
优选的，所述P型层中P型杂质的浓度为5×1019~3×1020/cm3。
优选的，该发光二极管还包括位于N型接触层上的扩展电流的电流扩展层、P电极、N电极。
优选的，所述电流扩展层的材料为ITO或者AZO或者TCO。
本发明采用u-GaN/n-GaN超晶格结构或者u-GaN/n-GaN超晶格结构和n+GaN层作为N型接触层，降低与其上的电流扩展层的接触电阻，提高注入电流的横向扩展能力，进而使得抗静电性能得到改善，操作电压得到降低。
附图说明
图1 本发明实施例1之发光二极管结构示意图。
图2 本发明实施例1之P型层和N型接触层结构示意图。
图3本发明实施例2之发光二极管结构示意图。
图4 本发明实施例3之发光二极管结构示意图。
图示说明：100：衬底；200：成核层；300：缓冲层；400：n型层；410：N电极；500：发光层；600：P型层；610：低温p型GaN层；620：p型AlGaN层；700：N型接触层；710：u-GaN/n-GaN超晶格结构层；711：u-GaN层；712：n-GaN层；720：n+ GaN层；800：电流扩展层；810：P电极。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。在此，本发明的范围不局限于下面所要说明的实施形态，本发明的实施形态可变形为多种其他形态。
实施例1
参看附图1，本发明公开一种氮化物发光二极管，包括一衬底100，以及依次位于衬底100上的成核层200、缓冲层300、n型层400、发光层500、P型层600、N型接触层700、电流扩展层800。
传统的LED中采用掺Mg的GaN层作为P接触层，但是Mg掺杂GaN层同电流扩展层（例如ITO）结合形成的接触层为非欧姆接触，其电流扩展效果较差，使得LED的操作电压高、抗静电能力差。
本发明采用N型接触层700替代传统的P型接触层，同电流扩展层结合形成的接触层为欧姆接触，其电流扩展效果较好，降低了局部电流过高致热使得器件被击穿的概率，因而抗静电性能得到提升，同时操作电压得到降低。
本发明提供的氮化物发光二极管中，衬底100可以为蓝宝石衬底，也可以为硅、碳化硅或者氮化镓衬底等。其可以为平片衬底，也可以在衬底100上表面形成凹凸图案结构以减少衬底100与其上生长的氮化物半导体层之间的晶格失配，同时提高光提取效率，本实施例优选为蓝宝石图形化衬底。
成核层200为uGaN，缓冲层300可以采用化学气相沉积或者物理气相沉积法制备，以便减少衬底100与n型层400之间的晶格不匹配，缓冲层300为AlN层或者GaN层或者两者交替形成的复合结构层。
n型层400位于缓冲层300上，为单层n-GaN结构或者n-GaN与u-GaN组成的复合结构，其中，n型掺杂杂质为硅，是电子的主要提供层，N电极位于n型GaN层上。
发光层500位于n型层400之上，是电子-空穴复合辐射中心。其包括交替层叠势垒层和势阱层，势垒层为GaN或者AlGaN或者AlInGaN，势阱层为InGaN。
P型层600位于发光层500之上，包括低温p型GaN层610和作为电子阻挡层的p型AlGaN层620。P型层600中P型杂质的浓度为5×1019~3×1020/cm3。
电流扩展层800位于N型接触层700之上，用于扩展电流，防止电流集聚现象，其材料为ITO或者AZO或者TCO。
参看附图2，更进一步地，本发明中的N型接触层700包括u-GaN/n-GaN超晶格结构层710。该结构层为多层层叠结构，可以改善电流扩展效果，降低了局部电流过高致热使得器件被击穿的概率。
其中，u-GaN/ n-GaN超晶格结构层710中u-GaN层710的厚度为20Å~50Å，n-GaN层720的厚度为30Å~75Å，n型杂质浓度为1×1019~ 5×1019/cm3，u-GaN/ n-GaN超晶格结构层710的周期数为1~30。
实施例2
参看附图3，本实施例与实施例1的区别在于，为了进一步提高N型接触层700与其上的电流扩展层800的接触电阻，以及扩展注入电流的能力，在u-GaN/ n-GaN超晶格结构层710表面增设n+ GaN层720，并且n+ GaN层720的n型杂质浓度不小于u-GaN/n-GaN超晶格结构层710中n型杂质浓度，n+GaN层720中n型杂质浓度为1×1019~5×1019/cm3，n+ GaN层720的厚度为10Å~250Å。
因此，本实施例提出的氮化物发光二极管包括衬底100、以及依次位于衬底100上的成核层200、缓冲层300、n型层400、发光层500、低温p型GaN层610和作为电子阻挡层的p型AlGaN层620、u-GaN/ n-GaN超晶格结构层710、n+ GaN层720和电流扩展层800，其中电流扩展层800优选为ITO。
实施例3
参看附图4，本实施例与实施例1或2的区别在于：蚀刻部分电流扩展层800、N型接触层700、P型层600和发光层500至n型层400，形成n型平台，并与n型平台上设置N电极410，电流扩展层800上设置P电极810。当注入电流时，n型层400提供的电子与P型层600提供的空穴于发光层复合辐射发出一定波长的光线。
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 (12)

1.一种氮化物发光二极管，包括一衬底，以及依次位于衬底上的缓冲层、n型层、发光层、P型层和N型接触层，其特征在于：所述N型接触层包括u-GaN/n-GaN超晶格结构层。
2.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述N型接触层还包括位于u-GaN/n-GaN超晶格结构层上的n+ GaN层。
3.根据权利要求2所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述n+ GaN层中n型杂质浓度不小于u-GaN/n-GaN超晶格结构层中n型杂质浓度。
4.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述P型层包括低温p型GaN层和p型AlGaN层。
5.根据权利要求2所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述n+ GaN层的厚度为10Å~250Å。
6.根据权利要求2所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：n+ GaN层的n型杂质浓度为1×1019~5×1019/cm3。
7.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述u-GaN/ n-GaN超晶格结构层中u-GaN层的厚度为20Å~50Å。
8.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述u-GaN/ n-GaN超晶格结构层中n-GaN层的厚度为30Å~75Å。
9.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述u-GaN/ n-GaN超晶格结构层中n型杂质浓度为1×1019~5×1019/cm3。
10.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述u-GaN/ n-GaN超晶格结构层的周期数为1~30。
11.据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述P型层中P型杂质的浓度为5×1019~3×1020/cm3。
12.根据权利要求1~11任意一项所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：该发光二极管还包括位于N型接触层上的电流扩展层、P电极、N电极。
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