CN208862012U - 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采用该多量子阱结构构成的发光二极管，本实用新型于势阱层之后，插入一层InAlGaN调节层来降低势阱层与势垒层之间的晶格失配，同时，于势阱层之后，利用InAlGaN调节层的高能障特征有效降低电子溢流。再利用势垒层第一AlGaN层/AlN层/第二AlGaN的结构逐步提高能障，可持续降低晶格失陪，降低电子溢流，提升多量子阱层的内量子效率，增加发光二极管的出光效率。
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。
现有多量子阱结构的势垒层为GaN材料，其能障较AlGaN or AlN低，因此电子溢流相对较严重，且势阱层为InGaN材料，与GaN材料之间的晶格差异较大，容易造成晶格失配，增加压电场，降低发光效率。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型提出一种多量子阱结构，其由复数个发光基本单元交替层叠而成，每一基本发光单元均包含势垒层和势阱层，所述势垒层为含铝氮化物的多层结构，其特征在于：所述势垒层的能级呈低高低分布，所述势垒层与所述势阱层之间还设置有一InAlGaN调节层。
优选的，所述势垒层至少包含三层含铝氮化物子层，其中，第一子层为AlGaN层，第二子层为AlN层，第三子层为AlGaN层。
优选的，所述势垒层由AlGaN层，位于AlGaN层上的AlN层，位于AlN层上的AlGaN层组成。
优选的，所述势垒层为AlGaN层、AlN层和AlGaN层依次层叠的周期性结构。
优选的，所述第一子层与所述第三子层的能级相同或者不同。
优选的，所述势垒层的周期数≥5。
优选的，所述势阱层为InGaN结构层。
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半导体层和第二半导体层、以及设置于所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的多量子阱结构，所述多量子阱层由复数个发光基本单元交替层叠而成，每一基本发光单元均包含势垒层和势阱层，所述势垒层为含铝氮化物的多层结构，其特征在于：所述势垒层的能级呈低高低分布，所述势垒层与所述势阱层之间还设置有一InAlGaN调节层。
优选的，所述衬底与所述第一半导体层之间还设置有一缓冲层。
优选的，该发光二极管还包括设置于第一半导体层上的第一电极和设置于第二半导体层上的第二电极。
本实用新型于势阱层之后，插入一层InAlGaN调节层来降低势阱层与势垒层之间的晶格失配，同时，于势阱层之后，利用InAlGaN调节层的高能障特征有效降低电子溢流。再利用势垒层第一AlGaN层/AlN层/第二AlGaN的结构逐步提高能障，可持续降低晶格失陪，降低电子溢流，提升多量子阱层的内量子效率，增加发光二极管的出光效率。
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1之变形实施方式之多量子阱结构示意图。
图3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：势阱层；120：势垒层；121：第一子层；122：第二子层；123：第三子层；130：调节层；200：衬底；300：第一半导体层；310：第一电极；320：缓冲层；第400：第二半导体层；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100，其由复数了发光基本单元交替层叠而成的周期性结构，每一基本发光单元均包含势垒层120和势阱层110，其中，该势垒层120为含铝氮化物的多层结构，且该多层结构的能级呈低、高、低分布，势垒层120高低能级的分布可以减少与势阱层110的应力，降低晶格失陪。
本实施例提出的势垒层120至少包含三层子含铝氮化物层，其中，第一子层121为AlGaN层、第二子层122的能级高于第一子层121的能级，为AlN层，第三子层123的能级低于第二子层122，为AlGaN层，第一子层121的能级与第三子层123的能级相同或者不同，本实施例优选第一子层121与第三子层123的能级相同。
在本实施例新型的一实施例中，该势垒层120由第一子层121AlGaN层、位于第一层之上的第二子层122AlN和位于第二子层122之上的第三子层123AlGaN层组成。AlN层的插入能有效提高能带，降低电子溢流，提升多量子阱的内量子效率。
如图2所示，在本实用新型的另一变形实施例中，该势垒层120也可以为周期性的层叠结构，由第一子层121AlGaN层、第二子AlN层和第三子层123AlGaN层依次层叠而成。该势垒层120的周期数≥5。
该多量子阱结构还包括设置于势垒层与势阱层之间的一InAlGaN调节层130。于势阱层之后，插入一层InAlGaN调节层130来降低势阱层与势垒层之间的晶格失配，同时，于势阱层之后，利用InAlGaN调节层130的高能障特征有效降低电子溢流。
本实施例中势阱层110的能级低于势垒层120，势阱层110优选为InGaN层。本实施例通过将多量子阱结构100设置成梯度分布的能级，对电子起到分散阻挡的作用，改善电子溢流，提升电子-空穴的有效复合辐射效率。
实施例2
参看附图3，本实施例还提供一种发光二极管结构，包括衬底200、形成于衬底200上的第一半导体层和第二半导体层、以及设置于所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的多量子阱结构层。其中，该多量子阱结构层由复数了发光基本单元交替层叠而成的周期性结构，每一基本发光单元均包含势垒层和势阱层，其中，该势垒层为含铝氮化物的多层结构，且该多层结构的能级呈低、高、低分布，势垒层高低能级的分布可以减少与势阱层的应力，降低晶格失陪。
本实施例提出的势垒层至少包含三层子含铝氮化物层，其中，第一子层为AlGaN层、第二子层的能级高于第一子层的能级，为AlN层，第三子层的能级低于第二子层，为AlGaN层，第一子层的能级与第三子层的能级相同或者不同，本实施例优选第一子层与第三子层的能级相同。
该多量子阱结构还包括设置于势垒层与势阱层之间的一InAlGaN调节层130。于势阱层之后，插入一层InAlGaN调节层130来降低势阱层与势垒层之间的晶格失配，同时，于势阱层之后，利用InAlGaN调节层130的高能障特征有效降低电子溢流。
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，衬底与第一半导体层之间可以设置有一缓冲层，该缓冲层能够改善N型GAN半导体层与基板材料晶格常数不匹配的问题。缓冲层为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，当然缓冲层的也可以由其它材料构成，以便能更好地与基板材料相匹配，继而改善晶格失配的问题。
第一半导体层为N型GaN半导体层或者P型GaN半导体层，第二半导体层为P型GaN半导体层或者N型GaN半导体层。本实施例优选第一半导体层为N型GaN半导体层，第二半导体层为P型GaN半导体层。第一电极设置于第一导电半导体层上，第二电极设置于第二半导体层上。第一电极和第二电极链接到外部电源，以将电信号施压到第一半导体层和第二半导体层上。第一电极和第二电极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之间还设置有欧姆接触层，以降低第二半导体层与第二电极之间的阻抗，欧姆接触层的材料可以为镍金叠层、铟锡氧化物或者氧化锌。
本实用新型于势阱层之后，插入一层InAlGaN调节层130来降低势阱层与势垒层之间的晶格失配，同时，于势阱层之后，利用InAlGaN调节层130的高能障特征有效降低电子溢流。再利用势垒层第一AlGaN层/AlN层/第二AlGaN的结构逐步提高能障，可持续降低晶格失陪，降低电子溢流，提升多量子阱层的内量子效率，增加发光二极管的出光效率。
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 (10)
1.一种多量子阱结构，其由复数个发光基本单元交替层叠而成，每一基本发光单元均包含势垒层和势阱层，所述势垒层为含铝氮化物的多层结构，其特征在于：所述势垒层的能级呈低高低分布，所述势垒层与所述势阱层之间还设置有一InAlGaN调节层。
2.根据权利要求1所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述势垒层至少包含三层含铝氮化物子层，其中，第一子层为AlGaN层，第二子层为AlN层，第三子层为AlGaN层。
3.根据权利要求2所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述势垒层由AlGaN层，位于AlGaN层上的AlN层，位于AlN层上的AlGaN层组成。
4.根据权利要求2所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述势垒层为AlGaN层、AlN层和AlGaN层依次层叠的周期性结构。
5.根据权利要求2所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述第一子层与所述第三子层的能级相同或者不同。
6.根据权利要求5所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述势垒层的周期数为≥5。
7.根据权利要求1所述的一种多量子阱结构，其特征在于：所述势阱层为InGaN结构层。
8.一种发光二极管，包括衬底、形成于衬底上的第一半导体层和第二半导体层、以及设置于所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的至少一个如权利要求1~7任意一项所述的多量子阱结构。
9.根据权利要求8所述的一种发光二极管，其特征在于：所述衬底与所述第一半导体层之间还设置有一缓冲层。
10.根据权利要求8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半导体层上的第一电极和设置于第二半导体层上的第二电极。
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