CN208315588U

CN208315588U - 一种可增强空穴注入的发光二极管

Info

Publication number: CN208315588U
Application number: CN201820420507.6U
Authority: CN
Inventors: 方芳; 刘军林; 江风益
Original assignee: NANCHANG HUANGLV LIGHTING CO Ltd; Nanchang University
Current assignee: NANCHANG GUIJI SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd.; Nanchang University
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2019-01-01
Anticipated expiration: 2028-03-27

Abstract

本实用新型提供了一种可增强空穴注入的发光二极管，包括衬底，依次层叠于衬底之上的缓冲层、N型半导体层、有源区准备层、发光有源层和P型半导体层，所述有源区准备层包含若干个分布密度为1e⁷～1e¹⁰cm^‑2的阱型结构，所述阱型结构为凹坑结构或凸起结构，所述发光有源层为与所述有源区准备层的阱型结构相匹配的阱型结构。本实用新型通过采用具有阱型结构的发光有源层，由于发光有源层中阱型结构的侧壁为非极性面或半极性面，其具有更小的压电效应，从而能够有效降低量子阱中的压电场，增强空穴的有效注入，降低电子的泄漏，进而能够提高发光二极管的发光效率。

Description

一种可增强空穴注入的发光二极管

技术领域

本实用新型属于半导体发光二极管技术领域，具体是涉及一种可增强空穴注入的发光二极管。

背景技术

目前，因LED具有效率高、寿命长、节能环保等显著特点，而被广泛应用于显示、背光源和照明等领域，因此大功率高亮度的LED芯片的发光效率的进一步提升成为目前极其重要的研究课题。LED芯片的发光效率由电注入效率、内量子效率和光提取效率决定，其中高内量子效率的优质外延片是获得高亮度光源最为基本和直接的保障。而内量子效率又受到多种因素的影响，如异质外延生长晶格失配产生的高密度位错缺陷，自发极化效应和压电极化效应产生的内建电场，P-GaN掺杂浓度和空穴注入效率等。其中，低空穴注入效率的原因如下：

1、Mg-N-H复合物的形成以及自补偿效应的存在，造成P-GaN中空穴浓度低；

2、在大电流注入时，电子溢出势垒和电子阻挡层在P-GaN区域与空穴发生复合；

3、量子阱垒层与P-AlGaN电子阻挡层界面处有较强的极化电场，导致能带倾斜，阻碍了空穴的传输。

实用新型内容

针对上述现有技术，为提高LED的发光效率，增加空穴的有效注入，降低LED的制作成本，本实用新型提供了一种可增强空穴注入的发光二极管。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种可增强空穴注入的发光二极管，包括衬底，依次层叠于衬底之上的缓冲层、N型半导体层、有源区准备层、发光有源层和P型半导体层，所述有源区准备层包含若干个分布密度为1e⁷～1e¹⁰cm^-2的阱型结构，所述阱型结构为凹坑结构或凸起结构，所述发光有源层为与所述有源区准备层的阱型结构相匹配的阱型结构。

更进一步，所述有源区准备层的每个凹坑或凸起在x-y平面的投影均为U型且与水平面的夹角分别为α和β；所述发光有源层的每个凹坑或凸起在x-y平面的投影也均为U型且与水平面的夹角分别为δ和θ，其中60°≤α≤120°，60°≤β≤120°，60°≤δ≤120°，60°≤θ≤120°。

更进一步，所述有源区准备层凹坑的α角与发光有源层中相应的凹坑的δ角相等；所述有源区准备层凸起的β角与发光有源层中相应的凸起的θ角相等。

更进一步，所述有源区准备层的每个凹坑或凸起在y-z平面的投影为多边形，多边形之间的中心距为d，凹坑的深度为h1或凸起的高度为h2；所述发光有源层的每个凹坑或凸起在y-z平面的投影也为多边形，多边形之间的中心距为D，凹坑的深度为H1或凸起的高度为H2，其中，50nm≤d≤300nm，20nm≤h1≤400nm，20nm≤h2≤400nm，50nm≤D≤300nm，20nm≤H1≤400nm，20nm≤H2≤400nm。

更进一步，所述有源区准备层的凹坑或凸起在y-z平面的投影占据半导体外延片面积的20％～70％。

更进一步，所述N型半导体层或P型半导体层的生长平面为极性面，所述发光有源层中阱型结构的侧壁为非极性或半极性面。

更进一步，所述发光有源层与P型半导体层之间还设有P型AlGaN电子阻挡层。

更进一步，所述P型半导体层的上表面还设有P型GaN欧姆接触层。

相比于与现有技术，本实用新型的有益效果是：通过采用具有阱型结构的发光有源层，由于发光有源层中阱型结构的侧壁为非极性面或半极性面，其具有更小的压电效应，从而能够有效降低量子阱中的压电场，增强空穴的有效注入，降低电子的泄漏，进而能够提高发光二极管的发光效率。

附图说明

图1为本实用新型一种可增强空穴注入的发光二极管的结构示意图。

图2为本实用新型一种可增强空穴注入的发光二极管一种具体实施例的结构示意图。

图3为由多个均匀分布的中空多面体构成的有源区准备层的结构示意图，其中每个中空多面体在x-y平面的投影为“U”型，在y-z平面的投影为正六边形。

图4为由多个均匀分布的多面柱体构成的有源区准备层的结构示意图，其中每个多面柱体在x-y平面的投影为“U”型，在y-z平面的投影为正六边形。

图5为生长在有源区准备层上的发光有源层的结构示意图，该发光有源层继承了图3中有源区准备层的U型结构。

图6为生长在有源区准备层上的发光有源层的结构示意图，该发光有源层继承了图4中有源区准备层的U型结构。

图示说明：1-衬底，2-缓冲层，3-N型半导体层，4-有源区准备层，5-发光有源层，6-P型半导体层，7-P型AlGaN电子阻挡层，8-P型GaN欧姆接触层。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步地说明。

如图1所示为一种可增强空穴注入的发光二极管的结构示意图，该发光二极管包括衬底1以及依次层叠于衬底1之上的缓冲层2、N型半导体层3、有源区准备层4、发光有源层5和P型半导体层6。

如图3或4所示，上述有源区准备层4为非平面的阱型结构，该阱型结构为凹坑结构或凸起结构，具体来说是，有源区准备层4包含若干个分布密度为1e⁷～1e¹⁰cm^-2(以GaN位错密度作为参考)的凹坑或凸起，每个凹坑或凸起在x-y平面的投影成“U”型，其与水平面的夹角分别为α和β，而在y-z平面的投影为多边形，多边形之间的中心距为d，凹坑的深度为h1或凸起的高度为h2，其中，60°≤α≤120°，60°≤β≤120°，50nm≤d≤300nm，20nm≤h1≤400nm，20nm≤h2≤400nm。

如图5或6所示，上述发光有源层5为继承了有源区准备层4结构的阱型结构，即有源区准备层4中的每一个U型结构对应形成一个发光有源层5的U型结构，再者发光有源层5的每个凹坑或凸起在x-y平面投影成的“U”型与水平面的夹角分别为δ和θ，而在y-z平面的投影为多边形，多边形之间的中心距为D，凹坑的深度为H1或凸起的高度为H2，其中，60°≤δ≤120°，60°≤θ≤120°，50nm≤D≤300nm，20nm≤H1≤400nm，20nm≤H2≤400nm且δ和θ值与有源区准备层4的U型结构的α和β值分别相等，另外H1或H2值均分别小于有源区准备层4的U型结构的h1或h2值。

当然，对于有源区准备层4中所有U型结构的α，β，d，h1和h2值或者发光有源区5中所有U型结构的δ，θ，D，H1和H2值可以不完全一致，故所有的U型结构的侧面晶向可以是不完全相同的。在本优选实施例中，每个U型结构的侧壁与平面的夹角均为直角，每个多边形均为正多边形，每个凹坑或凸起的深度或高度均相等且均匀分布。

此外，上述有源区准备层4的U型结构在y-z平面的投影占据半导体外延片面积的20％～70％，在本实施例中，可优选投影面积为50％。

上述N型半导体层3的材料包括但不限于铟镓铝氮(In_xGa_yAl_1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1)、铟镓铝磷(In_xGa_yAl_1-x-yP，0≤x≤1，0≤y≤1)、碳化硅、氧化锌、硫化锌、硒化锌。在本实施例中，可优选铟镓铝氮(In_xGa_yAl_1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1)和铟镓铝磷(In_xGa_yAl_1-x-yP，0≤x≤1，0≤y≤1)。

上述衬底1的材料为半导体材料、金属材料、或者是半导体和金属构成的复合材料，包括但不限于蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓、磷化镓、铜、铬、铝。

如图2所示为一种可增强空穴注入的发光二极管一种具体实施例的结构示意图，在本实施例中，该发光二极管还包括在发光有源层5和P型半导体层6之间设置的P型AlGaN电子阻挡层7以及在P型半导体层6的上表面设置的P型GaN欧姆接触层8。

本实用新型通过将半导体发光二极管中的发光有源层5制备成非平面的阱型结构，对于InGaAlN、ZnO等极性材料来说，由于阱型结构的侧壁是非极性或半极性面，这样就可以增加阱型结构的侧壁上载流子的注入，即增强空穴的注入，从而能够有效地降低量子阱中的压电场，有效地提高发光有源层5的内量子效率，进而提高发光二极管的发光效率。

以上所述仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种可增强空穴注入的发光二极管，包括衬底，依次层叠于衬底之上的缓冲层、N型半导体层、有源区准备层、发光有源层和P型半导体层，其特征在于：所述有源区准备层包含若干个分布密度为1e⁷～1e¹⁰cm^-2的阱型结构，所述阱型结构为凹坑结构或凸起结构，所述发光有源层为与所述有源区准备层的阱型结构相匹配的阱型结构。

2.根据权利要求1所述的一种可增强空穴注入的发光二极管，其特征在于：所述有源区准备层的每个凹坑或凸起在x-y平面的投影均为U型且与水平面的夹角分别为α和β；所述发光有源层的每个凹坑或凸起在x-y平面的投影也均为U型且与水平面的夹角分别为δ和θ，其中60°≤α≤120°，60°≤β≤120°，60°≤δ≤120°，60°≤θ≤120°。

3.根据权利要求2所述的一种可增强空穴注入的发光二极管，其特征在于：所述有源区准备层凹坑的α角与发光有源层中相应的凹坑的δ角相等；所述有源区准备层凸起的β角与发光有源层中相应的凸起的θ角相等。

4.根据权利要求1所述的一种可增强空穴注入的发光二极管，其特征在于：所述有源区准备层的每个凹坑或凸起在y-z平面的投影为多边形，多边形之间的中心距为d，凹坑的深度为h1或凸起的高度为h2；所述发光有源层的每个凹坑或凸起在y-z平面的投影也为多边形，多边形之间的中心距为D，凹坑的深度为H1或凸起的高度为H2，其中，50nm≤d≤300nm，20nm≤h1≤400nm，20nm≤h2≤400nm，50nm≤D≤300nm，20nm≤H1≤400nm，20nm≤H2≤400nm。

5.根据权利要求4所述的一种可增强空穴注入的发光二极管，其特征在于：所述有源区准备层的凹坑或凸起在y-z平面的投影占据半导体外延片面积的20％～70％。

6.根据权利要求1所述的一种可增强空穴注入的发光二极管，其特征在于：所述N型半导体层或P型半导体层的生长平面为极性面，所述发光有源层中阱型结构的侧壁为非极性或半极性面。

7.根据权利要求1所述的一种可增强空穴注入的发光二极管，其特征在于：所述发光有源层与P型半导体层之间还设有P型AlGaN电子阻挡层。

8.根据权利要求1所述的一种可增强空穴注入的发光二极管，其特征在于：所述P型半导体层的上表面还设有P型GaN欧姆接触层。