CN208753355U - 一种多量子阱结构及其发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于半导体光电技术领域，尤其涉及一种多量子阱结构及其发光二极管，该多量子阱结构由复数个发光基本单元交替层叠而成，其特征在于：每一个发光基本单元从下至上依次包括第一势阱层、第一势垒层、第二势阱层和第二势垒层，所述第一势垒层的厚度大于所述第二势垒层的厚度。本实用新型通过将多量子阱层设置成周期性结构，且每一周期均包含较厚的势垒层和薄的势垒层，其中，较厚的垒层且掺杂n型杂质，主要是修复晶体质量，同时n型掺杂提升电子注入浓度，降低电压提升亮度。较薄的垒层有利于电子空穴隧穿，提升空穴注入浓度，最终提升复合辐射效率。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体光电器件领域，尤其涉及一种的多量子阱结构及其发光二极管。
背景技术
多量子阱层是氮化物发光二极管（英文为Light Emitting Diode，简称LED）的电子-空穴复合辐射中心，其晶体质量、结构组成直接关系到LED的出光效率。理论上，量子阱结构越多复合效率也越高，但是由于受限于随着量子阱结构数量增加，量子阱结构的生长质量会逐渐变差，因此量子阱结构的数量也必须严格控制。同时，对于垒层厚度的设计，垒层的结构越薄则电子空穴遂穿效应增加，电子空穴在量子阱分布更均匀，提升复合效率。而量子阱是应变层，量子垒变薄之后，应力容易释放，晶体质量易变差，进而降低了发光效率。垒层的结构越厚对电子空穴的限制作用增强但降低电子空穴的迁移率，进而导致复合效率降低，但可以提升晶体质量，降低应力释放。
目前开发的多量子阱薄垒技术，一个周期厚度7.5nm~8.5nm。虽然薄垒结构在高电流密度注入下，电子空穴在各阱分布相对厚垒结构更均匀，有利提高LED发光效率。但是采用量子垒不掺Si,较薄的垒层，容易导致无法及时修复低温量子阱的晶体质量，导致正向漏电容易偏大，反向崩压较小，抗静电性能相对厚垒结构较差。同时发光区较薄，MQW 周期一般9对，生长更厚的多量子阱结构，晶体质量急剧变差。事实上，稍厚的周期厚度（比如9nm），多量子阱结构的晶体质量会显著改善。但是由于垒不掺杂，周期厚度>8nm时，在高电流注入下，电压迅速上升，同时电子注入浓度较少，发光会效率下降。
发明内容
为了解决上述问题，一种多量子阱结构，由复数个发光基本单元交替层叠而成，其特征在于：每一个发光基本单元从下至上依次包括第一势阱层、第一势垒层、第二势阱层和第二势垒层，所述第一势垒层的厚度大于所述第二势垒层的厚度。
优选的，所述第一势垒层与所述第二势垒层的厚度差为：1nm~6nm。
优选的，所述第一势垒层为n型氮化物层。
优选的，所述第二势垒层为非故意掺杂氮化物层。
优选的，所述第一势垒层的厚度为：5nm~9nm。
优选的，所述第二势垒层的厚度为：3nm~7nm。
优选的，所述第一势垒层为n-GaN层或者n-AlGaN层或者n-AlN层或者n-AlInGaN层或者上述任意两层的组成的复合结构层。
优选的，所述第二势垒层为GaN层或者AlGaN层或者AlN层或者AlInGaN层或者上述任意两层的组成的复合结构层。
优选的，所述第一势阱层与所述第二势阱层结构相同。
本实用新型还提出一种发光二极管，包括衬底、形成于衬底上的第一导电类型半导体层和第二导电类型半导体层、以及设置于所述第一导电类型半导体层与所述第二导电类型半导体层之间的多量子阱结构，所述多量子阱结构由复数个发光基本单元交替层叠而成，其特征在于：每一个发光基本单元从下至上依次包括第一势阱层、第一势垒层、第二势阱层和第二势垒层，所述第一势垒层的厚度大于所述第二势垒层的厚度。
优选的，该发光二极管还包括设置于第一导电类型半导体层上的第一电极和设置于第二导电类型半导体层上的第二电极。
本实用新型提供的多量子阱发光区是一种周期性结构，由一种发光基本单元，经过多次层叠构成，形状周期性结构。每一周期均包含较厚的势垒层和薄的势垒层，其中，较厚的垒层且掺杂n型杂质，主要是修复晶体质量，同时n型掺杂提升电子注入浓度，降低电压提升亮度。较薄的垒层有利于电子空穴隧穿，提升空穴注入浓度，最终提升复合辐射效率。
附图说明
图1 为本实用新型实施例1之多量子阱结构示意图。
图2为本实用新型实施例2之发光二极管结构示意图。
附图标注：100：多量子阱结构层；110：第一势阱层；120：第一势垒层；130：第二势阱层；140：第二势垒层；200：基板；300：第一导电类型半导体层；310：第一电极；320：缓冲层；第400：第二导电类型半导体层；410：第二电极；420：欧姆接触层。
具体实施方式
下面，参照附图对本实用新型的实施例进行详细说明。在此，本实用新型的范围不局限于下面所要说明的实施形态，本实用新型的实施形态可变形为多种其他形态。
实施例1
如图1所示，本实用新型提供了一种多量子阱结构，其由复数了发光基本单元交替层叠而成的周期性结构，每一个发光基本单元从下至上依次包括第一势阱层110、第一势垒层120、第二势阱层130和第二势垒层140，第一势垒层120的厚度大于第二势垒层140的厚度。同样，第一势阱层110和第一势垒层120组成的第一发光基本单元的厚度大于第二势阱层130和第二势垒层140组成的第二发光基本单元的厚度。多量子阱结构的周期数为8对~13对。
具体地，第一势垒层120与第二势垒层140的厚度差为：1nm~6nm 。其中，第一势垒层120的厚度为：3nm~5nm，第二势垒层140的厚度为：5nm~7nm。在本实施例中，第一势垒层120为n型氮化物物层，例如可以是n-GaN层或者n-AlGaN层或者n-AlN层或者n-AlInGaN层或者上述任意两层的组合层，其中n型杂质浓度为大于2×1017/cm3，优选的n型杂质浓度为2×1017/cm3~6×1017/cm3。第二势垒层140为非故意掺杂的氮化物层，例如可以是GaN层或者AlGaN层或者AlN层或者AlInGaN层或者上述任意两层的组合层。
本实用新型提供的多量子阱发光区是一种周期性结构，由一种发光基本单元，经过多次层叠构成，形成周期性结构。每一周期均包含较厚的势垒层和较薄的势垒层，其中，较厚的垒层掺杂有n型杂质，主要是修复晶体质量，同时n型掺杂提升电子注入浓度，降低电压提升亮度。较薄的垒层有利于电子空穴隧穿，提升空穴注入浓度，最终提升复合辐射效率。
实施例2
参看附图2，本实施例还提供一种发光二极管结构，包括衬底、形成于衬底上的第一导电类型半导体层300和第二导电类型半导体层400、以及设置于所述第一导电类型半导体层与所述第二导电类型半导体层之间的多量子阱结构层100。其中，该多量子阱结构层100由复数了发光基本单元交替层叠而成的周期性结构，每一个发光基本单元从下至上依次包括第一势阱层110、第一势垒层120、第二势阱层130和第二势垒层140，第一势垒层120的厚度大于第二势垒层140的厚度。同样，第一势阱层110和第一势垒层120组成的第一发光基本单元的厚度大于第二势阱层130和第二势垒层140组成的第二发光基本单元的厚度。
其中，衬底可以是由电绝缘或者导电材料制成的，例如蓝宝石、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。优选蓝宝石衬底，尤其是在蓝宝石衬底的C（0001）面相对易于高温生长氮化物半导体结构。
此外，衬底与第一导电类型半导体层300之间可以设置有一缓冲层320，该缓冲层320能够改善N型GAN半导体层与基板100材料晶格常数不匹配的问题。缓冲层320为AlN层或者GaN层或者AlGaN层或者其中任意两者交替形成的复合结构层，当然缓冲层320的也可以由其它材料构成，以便能更好地与基板100材料相匹配，继而改善晶格失配的问题。
第一导电类型半导体层300为N型GaN半导体层或者P型GaN半导体层，第二导电类型半导体层400为P型GaN半导体层或者N型GaN半导体层。本实施例优选第一导电类型半导体层300为N型GaN半导体层，第二导电类型半导体层400为P型GaN半导体层。第一电极310设置于第一导电半导体层上，第二电极410设置于第二导电类型半导体层400上。第一电极310和第二电极410链接到外部电源，以将电信号施压到第一导电类型半导体层300和第二导电类型半导体层400上。第一电极310和第二电极410可以通过沉积或者溅射诸如Ag、Al、Ni、Cr中的任何一种或者多种导电材料来形成。第二半导电类型导体层与第二电极410之间还设置有欧姆接触层420，以降低第二导电类型半导体层400与第二电极410之间的阻抗，欧姆接触层420的材料可以为镍金叠层、铟锡氧化物或者氧化锌。
进一步地，第一势垒层120与第二势垒层140的厚度差为：1nm~6nm。其中，第一势垒层120的厚度为：5nm~9nm，第二势垒层140的厚度为：3nm~7nm。在本实施例中，第一势垒层120为n型氮化物物层，例如可以是n-GaN层或者n-AlGaN层或者n-AlN层或者n-AlInGaN层或者上述任意两层的组合层，其中n型杂质浓度为大于2×1017/cm3，优选的n型杂质浓度为2×1017/cm3~6×1017/cm3。第二势垒层140为非故意掺杂的氮化物层，例如可以是GaN层或者AlGaN层或者AlN层或者AlInGaN层或者上述任意两层的组合层。
本实用新型提供的发光二极管抗静电稳定，反向崩压高，正向漏电小；蓝移小，发光半宽小，有利于提升荧光粉激发效率，和色坐标稳定，光效高。这主要原因是厚垒部分对薄垒的晶体质量改善，减少晶体缺陷和漏电通道，提升反向崩压。同时，由于薄垒电子空穴隧穿，浓度在多量子阱层各发光基本单元内更均匀，降低了现有结构中在发光基本单元中局部堆积高浓度，特别是靠近P型区的发光基本单元空穴浓度会降低，靠近N型区的发光基本单元空穴浓度提高，整体分布会更均匀。整体电子空穴浓度随注入电流增加时变化较小，导致波长变化较小，即蓝移变小，半宽较小。
以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非用于限定本实用新型，本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对本实用新型做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应视权利要求书范围限定。
Claims (11)
1.一种多量子阱结构，由复数个发光基本单元交替层叠而成，其特征在于：每一个发光基本单元从下至上依次包括第一势阱层、第一势垒层、第二势阱层和第二势垒层，所述第一势垒层的厚度大于所述第二势垒层的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述第一势垒层与所述第二势垒层的厚度差为：1nm~6nm。
3.根据权利要求1所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述第一势垒层为n型氮化物层。
4.根据权利要求1所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述第二势垒层为非故意掺杂氮化物层。
5.根据权利要求1所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述第一势垒层的厚度为：5nm~9nm。
6.根据权利要求1所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述第二势垒层的厚度为：3nm~7nm。
7.根据权利要求1所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述第一势垒层为n-GaN层或者n-AlGaN层或者n-AlN层或者n-AlInGaN层或者上述任意两层的组成的复合结构层。
8.根据权利要求1所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述第二势垒层为GaN层或者AlGaN层或者AlN层或者AlInGaN层或者上述任意两层的组成的复合结构层。
9.根据权利要求1所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述第一势阱层与所述第二势阱层结构相同。
10.一种发光二极管，包括衬底、形成于衬底上的第一导电类型半导体层和第二导电类型半导体层、以及设置于所述第一导电类型半导体层与所述第二导电类型半导体层之间的多量子阱结构，其特征在于：所述多量子阱结构采用权利要求1~9任意一种结构。
11.根据权利要求10所述的一种发光二极管，其特征在于：该发光二极管还包括设置于第一导电类型半导体层上的第一电极和设置于第二导电类型半导体层上的第二电极。
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| CN111900237A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-11-06 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 一种紫外led芯片及其制作方法 |
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