CN111326625A - 一种具有多层缓冲层的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有多层缓冲层的发光二极管，包括：衬底层；缓冲层，位于衬底层上，其中，缓冲层包括第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层，所述第一缓冲层、所述第二缓冲层和所述第三缓冲层依次层叠于所述衬底层上；N型半导体层，位于所述缓冲层上；N型掺杂层，位于所述N型半导体层上；量子阱发光层，位于所述N型掺杂层上；电子阻挡层，位于所述量子阱发光层上；P型掺杂层，位于所述电子阻挡层上；P型半导体层，位于所述非故意P型杂质掺杂层上。本发明通过在衬底层上生长三层缓冲层，从而能够大幅度提高缓冲层的阻挡能力，能够最大限度的阻挡缺陷进入到N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层中，从而提高发光二极管的发光质量。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，特别是涉及一种具有多层缓冲层的发光二极管。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种能发光的半导体电子元件。由于发光二极管具有寿命长、体积小、高耐震性、发热度小以及耗电量低等优点，已被广泛地应用于家电产品以及各式仪器之指示灯或光源。作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，正在被迅速广泛地得到应用，如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等。
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，目前发光二极管中的缓冲层不能有效的对缺陷起到有效的阻挡作用，使得缺陷会延伸到N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层，严重影响发光二极管的发光质量。
发明内容
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种具有多层缓冲层的发光二极管。
具体地，本发明一个实施例提出的一种具有多层缓冲层的发光二极管，包括：
衬底层；
缓冲层，位于所述衬底层上，其中，所述缓冲层包括第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层，所述第一缓冲层、所述第二缓冲层和所述第三缓冲层依次层叠于所述衬底层上；
N型半导体层，位于所述缓冲层上；
N型掺杂层，位于所述N型半导体层上；
量子阱发光层，位于所述N型掺杂层上；
电子阻挡层，位于所述量子阱发光层上；
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，所述第一缓冲层和所述第三缓冲层均为GaN缓冲层，所述第二缓冲层为AlN缓冲层。
在本发明的一个实施例中，所述第一缓冲层的厚度大于所述第二缓冲层的厚度，所述第二缓冲层的厚度大于所述第三缓冲层的厚度。
在本发明的一个实施例中，所述N型掺杂层为n-GaN层。
在本发明的一个实施例中，所述N型掺杂层的掺杂元素为Si。
在本发明的一个实施例中，所述N型掺杂层的厚度为200-400nm。
在本发明的一个实施例中，所述P型掺杂层为AlGaN层。
在本发明的一个实施例中，所述P型掺杂层的掺杂元素为Mg。
在本发明的一个实施例中，所述P型掺杂层的厚度为100-200nm。
本发明实施例，具备如下优点：
本发明通过在衬底层上生长三层缓冲层，从而能够大幅度提高缓冲层的阻挡能力，能够最大限度的阻挡缺陷进入到N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层中，从而提高发光二极管的发光质量。
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具有多层缓冲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具有多层缓冲层的发光二极管的结构示意图。本发明的实施例提供一种具有多层缓冲层的发光二极管，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，其中，缓冲层12包括第一缓冲层121、第二缓冲层122和第三缓冲层123，第一缓冲层121、第二缓冲层122和第三缓冲层123依次层叠于衬底层11上。
进一步地，第一缓冲层121和第三缓冲层123均为GaN缓冲层，第二缓冲层122为AlN缓冲层。
进一步地，第一缓冲层121的厚度大于第二缓冲层122的厚度，第二缓冲层122的厚度大于第三缓冲层123的厚度。
本发明实施例通过在衬底层上生长三层缓冲层，且将第一缓冲层和第三缓冲层的材料设置为GaN，第二缓冲层的材料设置为AlN，并且将第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层的厚度设置成依次递减，从而能够大幅提高缓冲层的整体的晶体质量，减少缺陷的产生，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。在衬底层和N型掺杂层之间形成本实施例的缓冲层，能够进一步改善衬底层与N型掺杂层之间的晶格常数不匹配的问题。
N型半导体层13，位于缓冲层12上；
进一步地，N型半导体层13为n-GaN层，且N型半导体层13的掺杂元素为Si，N型半导体层13的掺杂浓度可以为1017-1019cm-3。
进一步地，N型半导体层13具有一平台，第一电极21形成于N型半导体层13的平台上。
N型掺杂层14，位于N型半导体层13上；
进一步地，N型掺杂层14为n-GaN层，且N型掺杂层14的掺杂元素为Si；
进一步地，N型掺杂层14的掺杂浓度低于N型半导体层13的掺杂浓度，N型掺杂层14的掺杂浓度为N型半导体层13的掺杂浓度的1/6-1/4；
通过在N型半导体层13上生长一层N型掺杂层14，能够有效的降低器件电压、提高器件抗静电性，从而提高LED器件的发光效率。
优选地，N型掺杂层14的厚度为200-400nm。
量子阱发光层15，位于N型掺杂层14上；
进一步地，量子阱发光层15为掺铟的氮化镓层；
电子阻挡层16，位于量子阱发光层15上；
进一步，电子阻挡层的材料为AlInGaN；
本实施例利用电子阻挡层16可以阻挡，N型半导体层13注入量子阱发光层15的电子进一步跃迁到P型半导体层18中与空穴进行非辐射复合，从而影响发光二极管的发光效率。
P型掺杂层17，位于电子阻挡层16上；
进一步地，P型掺杂层17为AlGaN层，P型掺杂层17的掺杂元素为Mg；
进一步地，P型掺杂层17的掺杂浓度高于P型半导体层18的掺杂浓度，P型半导体层18的掺杂浓度为P型掺杂层17的掺杂浓度的1/5-1/3；
将P型掺杂层17的掺杂浓度设置为高于P型半导体层18的掺杂浓度，可以提高P型掺杂层17用于提高空穴注入的效应。
P型半导体层18，位于所述P型掺杂层17上。
进一步地，P型半导体层18为P-GaN层，且P型半导体层18的掺杂元素为Mg，P型半导体层18的掺杂浓度为1016-5×1016cm-3。
在P型半导体层18上还生长有一层透明导电层19，在透明导电层19上还生长有一层第二电极。于N型半导体层13暴露出的平台上形成第一电极21，于P型半导体层18上形成第二电极20，第一电极21和第二电极20的材料可以为钛、铝、钛或金，当通过第一电极21和第二电极20向量子阱发光层15注入电流时，来自N型半导体层13的电子与来自于P型半导体层18的空穴会在量子阱发光层15内结合，以使量子阱发光层15产生光。
本发明实施例通过在衬底层上生长三层缓冲层，从而能够大幅度提高缓冲层的阻挡能力，能够最大限度的阻挡缺陷进入到N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层中，从而提高发光二极管的发光质量。
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)
1.一种具有多层缓冲层的发光二极管，其特征在于，包括：
衬底层(11)；
缓冲层(12)，位于所述衬底层(11)上，其中，所述缓冲层(12)包括第一缓冲层(121)、第二缓冲层(122)和第三缓冲层(123)，所述第一缓冲层(121)、所述第二缓冲层(122)和所述第三缓冲层(123)依次层叠于所述衬底层(11)上；
N型半导体层(13)，位于所述缓冲层(12)上；
N型掺杂层(14)，位于所述N型半导体层(13)上；
量子阱发光层(15)，位于所述N型掺杂层(14)上；
电子阻挡层(16)，位于所述量子阱发光层(15)上；
P型掺杂层(17)，位于所述电子阻挡层(16)上；
P型半导体层(18)，位于所述P型掺杂层(17)上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一缓冲层(121)和所述第三缓冲层(123)均为GaN缓冲层，所述第二缓冲层(122)为AlN缓冲层。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述第一缓冲层(121)的厚度大于所述第二缓冲层(122)的厚度，所述第二缓冲层(122)的厚度大于所述第三缓冲层(123)的厚度。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述N型掺杂层(14)为n-GaN层。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述N型掺杂层(14)的掺杂元素为Si。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于，所述N型掺杂层(14)的厚度为200-400nm。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述P型掺杂层(17)为AlGaN层。
8.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，所述P型掺杂层(17)的掺杂元素为Mg。
9.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述P型掺杂层(17)的厚度为100-200nm。
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Cited By (1)
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2018
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