CN212033039U - 一种发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于半导体技术领域，尤其涉及一种发光二极管，至少包括依次层叠的衬底、第一导电型半导体层、发光层和第二导电型半导体层，以及第一电极和第二电极，所述第一电极与第一导电型半导体层电性连接，所述第二电极与第二导电型半导体层电性连接，所述发光层包括由量子阱层和量子垒层交替层叠的量子阱结构，其特征在于：所述量子阱层包括第一量子阱层和第二量子阱层，所述第二量子阱层位于第一量子阱层和量子垒层之间，所述第二量子阱层的能隙小于第一量子阱层。本实用新型可以降低量子阱层中的极化电场，提高发光效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种具有量子阱结构的发光二极管。
背景技术
以GaN为代表的宽禁带材料，是继Si和GaAs之后的第三代半导体。目前通常在蓝宝石衬底的C面上外延生长GaN基LED，得到的是c面GaN。III-V族氮化物材料的空间结构不具有空间中心反演对称，并且V族元素的原子和N原子的电负性相差很大，因此沿GaN的<0001>方向具有很强的极性.这一极化效应将产生强度较高的内建电场，并且使正负载流子在空间上分离，这样导致发光波长红移，更严重的后果是电子和空穴波函数交叠变少，材料的发光效率大大降低。
发明内容
因此，本实用新型通过对量子阱的改进，尤其是量子阱中阱层的设计，使其内部的极化效应降低，具体技术方案如下：
本实用新型提供一种发光二极管，至少包括依次层叠的衬底、第一导电型半导体层、发光层和第二导电型半导体层，以及第一电极和第二电极，所述第一电极与第一导电型半导体层电性连接，所述第二电极与第二导电型半导体层电性连接，所述发光层包括由量子阱层和量子垒层交替层叠的量子阱结构，其特征在于：所述量子阱层包括第一量子阱层和第二量子阱层，所述第二量子阱层位于第一量子阱层和量子垒层之间，所述第二量子阱层的能隙小于第一量子阱层。
优选的，所述第二量子阱层的厚度小于第一量子阱层的厚度。
优选的，所述第一量子阱层和第二量子阱层均为包含In的材料层，所述第一量子阱层的In含量小于第二量子阱层的In含量。
优选的，所述第一量子阱层为InxGa1-xN,0<x＜1，所述第二量子阱层为InyGa1-yN,0<y≤1，其中y＞x。
优选的，所述第一量子阱层为InGaN层，所述第二量子阱层为InN层或者InGaN层，第二量子阱层中的In含量大于第一量子阱层中的In含量。
优选的，所述第二量子阱层的厚度与第一量子阱层的厚度比例范围为1:100~1:10。
优选的，所述第一量子阱层的厚度范围为10~100埃。
优选的，所述第二量子阱层的厚度为0.1~10埃。
优选的，所述量子阱层和量子垒层交替层叠的周期数为5~50。
优选的，所述发光层和第二导电型半导体层之间还包括电子阻挡层。
优选的，所述发光二极管还包括衬底，所述第一导电型半导体层层叠宇衬底之上。
优选的，所述衬底和第一导电型半导体层之间还包括缓冲层。
优选的，所述第二导电型半导体层和第二电极之间还包括接触层。
优选的，所述发光二极管为大电流发光二极管。
本实用新型将量子阱层设计为由In含量不同的第一量子阱层和第二量子阱层组成，并且将In含量较高的第二量子阱层设置于第一量子阱层和量子垒层之间，从而使极化电场在压电效应的作用下在第一量子阱层和第二量子阱层的界面处发生反转，降低第一量子阱层的极化效应，从而提高发光层的发光效率。
附图说明
图1为本实用新型之发光二极管之截面结构示意图。
图2为常规量子阱和量子垒层的能带图。
图3为本实用新型其一实施例之第一量子阱层、第二量子阱层和量子垒层的能带图。
图4为本实用新型之另一实施例第一量子阱层、第二量子阱层和量子垒层的能带图。
具体实施方式
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
参看附图1，本实用新型提供一种发光二极管，至少包括依次层叠的衬底10、第一导电型半导体层22、发光层23和第二导电型半导体层25，以及第一电极31和第二电极32。其中，第一电极31与第一导电型半导体层22电性连接，第二电极32与第二导电型半导体层25电性连接。
发光层23包括由量子阱层和量子垒层231交替层叠的量子阱结构，其中，量子阱层包括第一量子阱层232和第二量子阱层233，第二量子阱层233位于第一量子阱层232和量子垒层231之间，第二量子阱层233的能隙小于第一量子阱层232的能隙。
参看附图2，常规LED结构中，发光层23内量子垒层231和量子阱层（相当于本实用新型的第一量子阱层231）的界面处存在极化电场，导致导带和价带会发生倾斜，电子(负电)和空穴（正电）在电场中受力方向相反，电子空穴会被拉开，不容易聚在一起复合发光,导致复合效率下降。
参看附图3，本实用新型增加第二量子阱层233，第二量子阱层233的能隙小于第一量子阱层232的能隙，并且第二量子阱层233位于第一量子阱层232和量子垒层231之间，因此，极化电场在压电效应的作用下，在第一量子阱和第二量子阱的界面处发生反转，电子在反转的极化电场作用下，容易聚集，从而进行复合发光，提升发光层23的发光效率。
继续参看附图3，在一些实施例中，量子阱的一个周期包括量子垒层231/第一量子阱层232/第二量子阱层233，第二量子阱层233位于第一量子阱层232和下一个周期的量子垒层231之间。
参看附图4，而在另一些实施实施例中，量子阱的一个周期包括量子垒层231/第二量子阱层233/第一量子阱层232，第二量子阱层233即位于该周期中的量子垒层231和第一量子阱层232之间。
其中，第一量子阱层232和第二量子阱层233均为包含In的材料层，第一量子阱层232的In含量小于第二量子阱层233的In含量。第一量子阱层232为InxGa1-xN,0<x＜1，第二量子阱层233为InyGa1-yN,0<y≤1，其中y＞x。优选的，第一量子阱层232为InGaN层，第二量子阱层233为InN层或者InGaN层。
同时，第二量子阱层233的厚度小于第一量子阱层232的厚度。第二量子阱层233的厚度远远小于第一量子阱层232的厚度，主要起发光作用的结构是第一量子阱层232。第二量子阱层233的厚度与第一量子阱层232的厚度比例范围为1:100~1:10，进一步地，第一量子阱层232的厚度范围为10~100埃，第二量子阱层233的厚度为0.1~10埃。如果第二量子阱层233的厚度较大，则会增大其与第一量子阱层232之间的晶格失配，导致量子阱的生长质量降低。量子阱层和量子垒层231交替层叠的周期数为5~50。
发光层23和第二导电型半导体层25之间还包括电子阻挡层24，电子阻挡层24包括AlGaN或者AlInGaN等。
第一导电型半导体层22层叠于衬底10之上。衬底10包括蓝宝石衬底10，尤其是C面蓝宝石衬底10，衬底10可以为表面平整的平片衬底10或者是进行图形化处理的图形化衬底10。
衬底10和第一导电型半导体层22之间还包括缓冲层21，缓冲层21可以包括AlN层或者未掺杂的GaN层等。
第一导电型半导体层22为N型半导体层，提供电子；第二导电型半导体层25为P型半导体层，提供空穴；空穴和电子在发光层23中复合发光。
第二导电型半导体层25和第二电极32之间还包括接触层26，与P型半导体层对应，接触层26可以为P型接触层26，其降低第二电极32和第二导电型半导体层25之间的接触电压。
针对LED，尤其是大电流产品，本实用新型将量子阱层设计为由In含量不同的第一量子阱层232和第二量子阱层233组成，并且将In含量较高的第二量子阱层233设置于第一量子阱层232和量子垒层231之间，从而使极化电场在压电效应的作用下在第一量子阱层232和第二量子阱层233的界面处发生反转，降低第一量子阱层232的极化效应，从而提高发光层23的发光效率。
应当理解的是，上述具体实施方案为本实用新型的优选实施例，本实用新型的范围不限于该实施例，凡依本实用新型所做的任何变更，皆属本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管，至少包括依次层叠的衬底、第一导电型半导体层、发光层和第二导电型半导体层，以及第一电极和第二电极，所述第一电极与第一导电型半导体层电性连接，所述第二电极与第二导电型半导体层电性连接，所述发光层包括由量子阱层和量子垒层交替层叠的量子阱结构，其特征在于：所述量子阱层包括第一量子阱层和第二量子阱层，所述第二量子阱层位于第一量子阱层和量子垒层之间，所述第二量子阱层的能隙小于第一量子阱层。
2.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述第二量子阱层的厚度小于第一量子阱层的厚度。
3.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述第一量子阱层和第二量子阱层均为包含In的材料层，所述第一量子阱层的In含量小于第二量子阱层的In含量。
4.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述第一量子阱层为InxGa1-xN,0<x＜1，所述第二量子阱层为InyGa1-yN，0<y≤1，其中y＞x。
5.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述第一量子阱层为InGaN层，所述第二量子阱层为InN层或者InGaN层，第二量子阱层中的In含量大于第一量子阱层中的In含量。
6.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述第二量子阱层的厚度与第一量子阱层的厚度比例范围为1:100~1:10。
7.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述第一量子阱层的厚度范围为10~100埃。
8.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述第二量子阱层的厚度为0.1~10埃。
9.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述量子阱层和量子垒层交替层叠的周期数为5~50。
10.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述发光层和第二导电型半导体层之间还包括电子阻挡层。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202020886966.0U CN212033039U (zh) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 一种发光二极管 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202020886966.0U CN212033039U (zh) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 一种发光二极管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN212033039U true CN212033039U (zh) | 2020-11-27 |
Family
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| CN202020886966.0U Active CN212033039U (zh) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 一种发光二极管 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN212033039U (zh) |
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2020
- 2020-05-25 CN CN202020886966.0U patent/CN212033039U/zh active Active
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