CN111326620A - 一种基于n型掺杂层和电子阻挡层的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于N型掺杂层和电子阻挡层的发光二极管，包括衬底层；缓冲层，位于衬底层上；N型半导体层，位于缓冲层上；N型掺杂叠层，位于N型掺杂层上，N型掺杂叠层包括若干第一N型掺杂层和若干第二N型掺杂层；量子阱发光层，位于N型掺杂叠层上；电子阻挡层包括依次层叠于量子阱发光层上的第一电子阻挡层、第二电子阻挡层和第三电子阻挡层；P型掺杂层，位于电子阻挡层上；P型半导体层，位于P型掺杂层上。本发明的发光二极管设置有N型掺杂叠层，可以降低电子的迁移速率，通过调整电子迁移至量子阱发光层的速率，可以提高量子阱发光层中空穴与电子发生辐射复合的概率，从而提高发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及发光元件技术领域，特别是涉及一种基于N型掺杂层和电子阻挡层的发光二极管。
背景技术
近年来，发光二极管(light-emitting diode，LED)已经普遍使用在一般和商业照明应用中。作为光源，发光二极管具有多个面向上的优点，包含低的能量消耗、长的寿命、小的尺寸以及快的开关速度，因此传统的照明光源，例如白炽灯，已逐渐被发光二极管光源所替换。
目前，发光二极管一般包括衬底层、缓冲层、N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层。其中，N型半导体层用于提供电子；P型半导体层用于提供空穴，当有电流通过时，N型半导体层提供的电子和P型半导体层提供的空穴进入多量子阱发光层复合发光。
但是，目前由于电子的移动能力远远高于空穴，使得注入到多量子阱发光层的电子数量过多，容易从多量子阱发光层跃迁至P型半导体层与空穴发生非辐射复合，影响发光二极管的发光效率。并且由于电子的移动能力远远高于空穴，因此N型半导体层产生的电子可以快速进入量子阱发光层，多于的电子将从量子阱发光层跃迁至P型半导体层，从而使得电子与空穴发生非辐射复合，影响发光二极管的发光效率。
发明内容
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种基于N型掺杂层和电子阻挡层的发光二极管。
具体地，本发明一个实施例提出的一种基于N型掺杂层和电子阻挡层的发光二极管，包括：
衬底层；
缓冲层，位于所述衬底层上；
低温氮化镓层，位于所述缓冲层上；
非故意掺杂氮化镓层，位于所述低温氮化镓层上；
超晶格层，位于所述非故意掺杂氮化镓层上；
N型半导体层，位于所述超晶格层上；
N型掺杂叠层，位于所述N型半导体层上，所述N型掺杂叠层包括若干第一N型掺杂层和若干第二N型掺杂层，其中，若干所述第一N型掺杂层和若干所述第二N型掺杂层依次层叠于所述N型掺杂层上，且所述第一N型掺杂层的掺杂浓度大于所述第二N型掺杂层；
量子阱发光层，位于所述N型掺杂叠层上；
电子阻挡层，位于所述量子阱发光层上，所述电子阻挡层包括依次层叠于量子阱发光层上的第一电子阻挡层、第二电子阻挡层和第三电子阻挡层；
P型掺杂层，位于所述电子阻挡层上；
P型半导体层，位于所述P型掺杂层上。
在本发明的一个实施例中，所述超晶格层为氮化铝镓超晶格层。
在本发明的一个实施例中，所述第一N型掺杂层为N型InGaN层。
在本发明的一个实施例中，所述第一N型掺杂层的掺杂元素为Si，所述第一N型掺杂层的掺杂浓度为1018cm-3-5×1018cm-3。
在本发明的一个实施例中，所述第二N型掺杂层为N型AlGaN层。
在本发明的一个实施例中，所述第二N型掺杂层的掺杂元素为Si，所述第二N型掺杂层的掺杂浓度为1017cm-3-5×1017cm-3。
在本发明的一个实施例中，所述第一电子阻挡层的材料为Alx1InyGa1-x1-yN，其中，0<x1≤0.4，0<y≤0.2。
在本发明的一个实施例中，所述第二电子阻挡层的材料为Alx2Ga1-x2N，其中，0<x2<0.7。
在本发明的一个实施例中，所述第三电子阻挡层的材料为Alx3In1-x3P，其中，0<x3<0.5。
本发明实施例，具备如下优点：
本发明的发光二极管设置有N型掺杂叠层，可以降低电子的迁移速率，通过调整电子迁移至量子阱发光层的速率，可以提高量子阱发光层中空穴与电子发生辐射复合的概率，从而提高发光二极管的发光效率。并且通过在量子阱发光层依次层叠第一电子阻挡层、第二电子阻挡层和第三电子阻挡层，从而能够有效阻止多于的电子从量子阱发光层跃迁至P型半导体层，改善发光二极管的发光效率。
通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种基于N型掺杂层和电子阻挡层的发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于N型掺杂层和电子阻挡层的发光二极管的结构示意图。本发明的实施例提供一种基于N型掺杂层和电子阻挡层的发光二极管，该发光二极管包括：
衬底层11；
具体地，衬底层11的材料可以为蓝宝石、硅、碳化硅、氧化锌、氮化镓、氮化铝或者其它适于晶体外延生长的材料。
缓冲层12，位于衬底层11上；
进一步地，缓冲层12的材料为GaN。
本发明实施例通过在衬底层上生长缓冲层12，能够减少缺陷进入至N型半导体层、量子阱发光层和P型半导体层，从而提高发光二极管的发光质量。
低温氮化镓层13，位于所述缓冲层12上；
进一步地，低温氮化镓层13的厚度为20-60nm。
本发明实施例通过加入低温氮化镓层13，从而有效降低N型半导体层17和量子阱发光层19中的位错密度，提高平整度，从而提高了发光二极管的发光质量。
非故意掺杂氮化镓层14，位于低温氮化镓层13上；
进一步地，非故意掺杂氮化镓层14的厚度为50-100nm。
超晶格层15，位于非故意掺杂氮化镓层14上；
进一步地，超晶格层15为氮化铝镓超晶格层。
进一步地，超晶格层15的厚度为50-100nm。
本发明实施例通过加入非故意掺杂氮化镓层14和超晶格层15，可以调节因为晶格失配给发光二极管带来的应力，并且可以降低N型半导体层16和量子阱发光层18中的位错密度，从而提高发光二极管的发光质量。
N型半导体层16，位于超晶格层15上；
进一步地，N型半导体层16为n-GaN层，且N型半导体层16的掺杂元素为Si，N型半导体层16的掺杂浓度可以为1019-3×1019cm-3。
进一步地，N型半导体层16具有一平台，第一电极24形成于N型半导体层16的平台上。
N型掺杂叠层17，位于N型半导体层16上，N型掺杂叠层17包括若干第一N型掺杂层171和若干第二N型掺杂层172，其中，若干第一N型掺杂层171和若干第二N型掺杂层172依次层叠于N型半导体层16上，且第一N型掺杂层171的掺杂浓度大于第二N型掺杂层172；
进一步地，第一N型掺杂层171为N型InGaN层。
进一步地，第一N型掺杂层171的掺杂元素为Si，第一N型掺杂层171的掺杂浓度为1018cm-3-5×1018cm-3。
进一步地，第二N型掺杂层172为N型AlGaN层。
进一步地，第二N型掺杂层172的掺杂元素为Si，第二N型掺杂层172的掺杂浓度为1017cm-3-5×1017cm-3。
进一步地，第一N型掺杂层171和第二N型掺杂层172的掺杂浓度均低于N型半导体层16的掺杂浓度。
本发明实施例通过在N型半导体层16上生长依次层叠的第一N型掺杂层171和第二N型掺杂层172，且第一N型掺杂层171的浓度大于第二N型掺杂层172的浓度，从而可以降低电子的迁移速率，通过降低电子迁移至量子阱发光层的速率，使得量子阱发光层中的空穴浓度和电子浓度相当，从而提高发光二极管的发光效率。并且，第一N型掺杂层171为N型InGaN层和第二N型掺杂层172为N型AlGaN层，可以减少长晶格的位错和裂缝，起到阻止缺陷延伸的作用。
本实施例的第一N型掺杂层171和第二N型掺杂层172的掺杂浓度均低于N型半导体层16的掺杂浓度，从而能够有效的降低LED器件的电压、提高LED器件抗静电特性，从而提高LED器件的发光效率。
量子阱发光层18，位于N型掺杂叠层17上；
进一步地，量子阱发光层18为掺铟的氮化镓层。
电子阻挡层19，位于量子阱发光层18上，电子阻挡层19包括依次层叠于量子阱发光层18上的第一电子阻挡层191、第二电子阻挡层192和第三电子阻挡层193，其中，所述第一电子阻挡层191的材料为Alx1InyGa1-x1-yN，所述第二电子阻挡层192的材料为Alx2Ga1-x2N，所述第三电子阻挡层193的材料为Alx3In1-x3P，其中，0<x1≤0.4，0<y≤0.2，0<x2<0.7，0<x3<0.5。
优选地，第一电子阻挡层191的厚度为100-200nm。
优选地，第二电子阻挡层192的厚度为60-100nm。
优选地，第三电子阻挡层193的厚度为20-50nm。
本发明实施例通过在P型掺杂层20与量子阱发光层18之间设置电子阻挡层，其中，第一电子阻挡层191的材料为Alx1InyGa1-x1-yN，第二电子阻挡层192的材料为Alx2Ga1-x2N，第三电子阻挡层193的材料为Alx3In1-x3P，由于铝的势垒较高，从而可以使得第一电子阻挡层191、第二电子阻挡层192和第三电子阻挡层193有效地阻止N型半导体层16产生的电子进入到P型半导体层21中，从而避免了电子与空穴在P型半导体层21中发生非辐射复合，改善发光二极管的发光效率；并且通过第一电子阻挡层191、第二电子阻挡层192和第三电子阻挡层193可以增大与量子阱发光层18之间的禁带宽度，从而可以增强对电子的限制作用，进一步减少了电子进入到P型半导体层21中的数量，从而进一步提高了发光效率。
P型掺杂层20，位于电子阻挡层19上；
进一步地，P型掺杂层20为AlGaN层，P型掺杂层20的掺杂元素为Mg；
进一步地，P型掺杂层20的掺杂浓度高于P型半导体层21的掺杂浓度，P型半导体层21的掺杂浓度为P型掺杂层20的掺杂浓度的1/5-1/3；
P型半导体层21，位于P型掺杂层20上。
进一步地，P型半导体层21为P-GaN层，且P型半导体层21的掺杂元素为Mg，P型半导体层21的掺杂浓度为1019～1020cm-3。
由于电子的移动能力远远高于空穴，因此N型半导体层16产生的电子可以快速进入量子阱发光层18，通过增加P型掺杂层20，且将P型掺杂层20的掺杂浓度设置为高于P型半导体层21的掺杂浓度，可以提高P型半导体层21产生的空穴注入量子阱发光层18中的能力，从而避免量子阱发光层18的电子过多，影响发光效率和发光质量。
在P型半导体层21上还生长有一层透明导电层22，在透明导电层22上还生长有一层第二电极23。于N型半导体层16暴露出的平台上形成第一电极24，于P型半导体层21上形成第二电极23，第一电极24和第二电极23的材料可以为钛、铝、钛或金，当通过第一电极24和第二电极23向量子阱发光层18注入电流时，来自N型半导体层16的电子与来自于P型半导体层21的空穴会在量子阱发光层18内结合，以使量子阱发光层18产生光。
本发明的发光二极管设置有N型掺杂叠层，可以降低电子的迁移速率，通过调整电子迁移至量子阱发光层的速率，可以提高量子阱发光层中空穴与电子发生辐射复合的概率，从而提高发光二极管的发光效率。并且通过在量子阱发光层依次层叠第一电子阻挡层、第二电子阻挡层和第三电子阻挡层，从而能够有效阻止多于的电子从量子阱发光层跃迁至P型半导体层，改善发光二极管的发光效率。
最后应说明的是：以上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精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于N型掺杂层和电子阻挡层的发光二极管，其特征在于，包括：
衬底层(11)；
缓冲层(12)，位于所述衬底层(11)上；
低温氮化镓层(13)，位于所述缓冲层(12)上；
非故意掺杂氮化镓层(14)，位于所述低温氮化镓层(13)上；
超晶格层(15)，位于所述非故意掺杂氮化镓层(14)上；
N型半导体层(16)，位于所述超晶格层(15)上；
N型掺杂叠层(17)，位于所述N型半导体层(16)上，所述N型掺杂叠层(17)包括若干第一N型掺杂层(171)和若干第二N型掺杂层(172)，其中，若干所述第一N型掺杂层(171)和若干所述第二N型掺杂层(172)依次层叠于所述N型半导体层(16)上，且所述第一N型掺杂层(171)的掺杂浓度大于所述第二N型掺杂层(172)；
量子阱发光层(18)，位于所述N型掺杂叠层(17)上；
电子阻挡层(19)，位于所述量子阱发光层(18)上，所述电子阻挡层(19)包括依次层叠于量子阱发光层(18)上的第一电子阻挡层(191)、第二电子阻挡层(192)和第三电子阻挡层(193)；
P型掺杂层(20)，位于所述电子阻挡层(19)上；
P型半导体层(21)，位于所述P型掺杂层(20)上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述超晶格层(15)为氮化铝镓超晶格层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一N型掺杂层(141)为N型InGaN层。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一N型掺杂层(141)的掺杂元素为Si，所述第一N型掺杂层(141)的掺杂浓度为1018cm-3-5×1018cm-3。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二N型掺杂层(142)为N型AlGaN层。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二N型掺杂层(142)的掺杂元素为Si，所述第二N型掺杂层(142)的掺杂浓度为1017cm-3-5×1017cm-3。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电子阻挡层(191)的材料为Alx1InyGa1-x1-yN，其中，0<x1≤0.4，0<y≤0.2。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二电子阻挡层(192)的材料为Alx2Ga1-x2N，其中，0<x2<0.7。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第三电子阻挡层(193)的材料为Alx3In1-x3P，其中，0<x3<0.5。
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| CN113451470A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-09-28 | 重庆康佳光电技术研究院有限公司 | 电子阻挡层、发光器件及其制备方法和显示装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200623 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |