TW201338196A - 發光二極體 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體，包括藍寶石基板、N型半導體層、主動層、P型半導體層、第一電極與第二電極。N型半導體層位於藍寶石基板上。主動層具有缺陷密度為DD的活性區，其中DD≧2x107/cm3，主動層位於N型半導體層與P型半導體層之間。主動層發出之光波長λ為222 nm≦λ≦405 nm，主動層包括i層的量子阻障層及(i-1)層量子井。各量子井於任兩層量子阻障層之間，i為大於等於2的自然數。摻雜N型摻質於量子阻障層中的至少k層，k為大於等於1的自然數，當i為偶數時，k≧i/2，當i為奇數時，k≧(i-1)/2。第一電極與第二電極分別位於N型半導體層與P半導體層上。另提出多種發光二極體。

Description

發光二極體
本發明是有關於一種發光二極體，且特別是有關於一種可提高發光效率的發光二極體(light emitting diode，簡稱LED)。
發光二極體是一種半導體元件，主要是由III-V族元素化合物半導體材料所構成。因為這種半導體材料具有將電能轉換為光的特性，所以對這種半導體材料施加電流時，其內部之電子會與電洞結合，並將過剩的能量以光的形式釋出，而達成發光的效果。
一般而言，由於發光二極體中作為磊晶層材料的氮化鎵的晶格常數與藍寶石基板的晶格常數之間存在不匹配的問題，其晶格常數不匹配的程度約為16%，致使大量的缺陷產生於晶格成長的接面，進而導致發光強度大幅衰減。雖然發光二極體中因氮化鎵的長晶過程中無可避免地具有一定的缺陷。然而，當發光二極體所發出之光波長為450nm時，由於習知晶格應力會釋放在缺陷附近而形成銦自聚區域，當載子在移動到缺陷之前容易進入到銦自聚的區域，形成所謂的局部效應(localized effect)。由於銦自聚的區域存在量子侷限效應而可提升載子的複合效率，因此即使氮化鎵發光二極體因長晶製程的限制而在活性區存在著高缺陷密度，但對於光波長450nm而言仍可維持一定程度的發光效率。
但是，當發光二極體的發光波段逐漸由藍光移到紫外光波段時，由於主動層中的銦含量逐漸減少，使得銦自聚的形成區域也相對的變少，致使發光二極體中的載子容易移到缺陷處產生非輻射複合，導致發光二極體在近紫外光之發光效率大幅降低；再者，氮化物半導體本身存在著極化場效應導致主動層的能帶彎曲，電子電洞對不易被侷限在量子井層裡面，因而無法有效地輻射複合。此外，電子更容易溢流(overflow)到P型半導體層導致發光強度下降，再者，由於電洞的遷移率小於電子的遷移率，當電洞從P型半導體層注入到主動層時，大多數的電洞被侷限在最靠近P型半導體層的量子井層裡面，不易均勻分布全部的量子井層裡面，導致發光強度下降，因此業界亟力開發具有高發光強度的發光二極體。
本發明提出一種發光二極體，其藉由使量子阻障層中摻有N型摻質的量子阻障層的層數符合特定比例，可提升發光二極體在222 nm~405 nm發光波段的發光效率。
本發明提出另一種發光二極體，其藉由使摻雜有N型摻質的量子阻障層中最靠近P型半導體者具有最小的摻雜濃度，可提升發光二極體在222 nm~405 nm發光波段的發光效率。
本發明再提出一種發光二極體，其藉由使摻雜有N型摻質之量子阻障層的摻雜濃度滿足特定關係，可提升發光二極體在222 nm~405 nm發光波段的發光效率。
本發明提出一種發光二極體，其包括基板、N型半導體層、主動層、P型半導體層、第一電極以及一第二電極。N型半導體層位於基板上。主動層具有一缺陷密度為DD的活性區，其中DD≧2x107/cm3。位於N型半導體層的部分區域上，主動層發出之光波長λ為222 nm≦λ≦405 nm，主動層包括i層的量子阻障層以及(i-1)層量子井，各量子井於任兩層量子阻障層之間，且i為大於等於2的自然數，其中摻雜N型摻質於量子阻障層中的至少k層，k為大於等於1的自然數，當i為偶數時，k≧i/2，當i為奇數時，k≧(i-1)/2。P型半導體層位於主動層上。第一電極位於N型半導體層的部分區域上，且第二電極位於P半導體層的部分區域上。
本發明提出另一種發光二極體，其包括基板、N型半導體層、主動層、P型半導體層、第一電極以及第二電極。N型半導體層位於基板上。主動層具有一缺陷密度為DD的活性區，其中DD≧2x107/cm3。主動層位於N型半導體層的部分區域上且發出之光波長λ為222 nm≦λ≦405nm，主動層包括i層的量子阻障層以及(i-1)層量子井，各量子井於任兩層量子阻障層之間，且i為大於等於2的自然數，其中摻雜N型摻質於量子阻障層中的至少k層，k為大於等於1的自然數，當i為偶數時，k≧i/2，當i為奇數時，k≧(i-1)/2。P型半導體層位於主動層上，且k層量子阻障層中最靠近P型半導體的量子阻障層的摻雜濃度小於等於k層量子阻障層中其他量子阻障層的摻雜 濃度。第一電極位於N型半導體層的部分區域上，且第二電極位於P半導體層的部分區域上。
本發明再提出一種發光二極體，其包括基板、N型半導體層、主動層、P型半導體層、第一電極以及第二電極。活性區具有一缺陷密度DD，其中DD≧2x107/cm3。N型半導體層位於基板上。一主動層，位於N型半導體層的部分區域上，主動層發出之光波長λ為222 nm≦λ≦405 nm，主動層包括i層的量子阻障層以及(i-1)層量子井，各量子井於任兩層量子阻障層之間，且i為大於等於2的自然數，其中摻雜N型摻質於量子阻障層中的至少k層，k為大於等於1的自然數，當i為偶數時，k≧i/2，當i為奇數時，k≧(i-1)/2，k層量子阻障層的摻雜濃度為5x1017/cm3至1x1019/cm3。P型半導體層位於主動層上。第一電極以及一第二電極，其中第一電極位於N型半導體層的部分區域上，且第二電極位於P半導體層的部分區域上。
基於上述，本發明之發光二極體中，藉由使主動層中摻有N型摻質的量子阻障層的層數符合特定關係、或藉由使主動層之摻雜有N型摻質的量子阻障層中最靠近P型半導體者具有最小的摻雜濃度、或藉由使摻雜有N型摻質之量子阻障層的摻雜濃度滿足特定關係，使得N型摻質可以撫平缺陷對載子的影響，提升發光二極體之載子的複合效率，因此本發明之發光二極體藉由上述任一技術手段即可大幅地提升發光二極體在222 nm~405 nm發光效率。
本發明提出一種發光二極體，其藉由在最靠近P型半 導體層的三層量子阻障層中，使最靠近P型半導體層的量子阻障層大於其餘兩層量子阻障層的厚度，可使電子電洞對均勻分布在主動層的量子阻障層中，藉此可提升發光二極體在222 nm~405 nm發光波段的發光強度。
本發明提出另一種發光二極體，其藉由使最靠近P型半導體層的三層量子阻障層的厚度符合特定關係，可使電子電洞對均勻分布在主動層的量子阻障層中，藉此可提升發光二極體在222 nm~405 nm發光波段的發光強度。
本發明提出一種發光二極體，其包括一基板、一N型半導體層與一P型半導體層、一主動層以及一第一電極以及一第二電極。N型半導體層位於基板與P型半導體層之間。主動層位於N型半導體層以及P型半導體層之間，主動層發出之光波長λ為222 nm≦λ≦405 nm，主動層包括i層的量子阻障層以及(i-1)層量子井層，各量子井層於任兩層量子阻障層之間，且i為大於等於2的自然數，i層中各量子阻障層的厚度自P型半導體側起算依序為T1、T2、T3...Ti，其中T1大於T2與T3或T1>T2=T3。第一電極位於N型半導體層的部分區域上，且第二電極位於P半導體層的部分區域上。
本發明提出另一種發光二極體，其包括一基板、一N型半導體層與一P型半導體層、一主動層以及一第一電極以及一第二電極。N型半導體層位於基板與P型半導體層之間。主動層位於N型半導體層以及P型半導體層之間，主動層發出之光波長λ為222 nm≦λ≦405 nm，主動層包 括i層的量子阻障層以及(i-1)層量子井層，各量子井層於任兩層量子阻障層之間，且i為大於等於2的自然數，i層中各量子阻障層的厚度自P型半導體側起算依序為T1、T2、T3...Ti，其中i層量子阻障層中厚度滿足：T1=T2>T3或T1>T2>T3。。第一電極與第二電極分別位於N型半導體層的部分區域上與P半導體層的部分區域上。
基於上述，本發明之發光二極體中，藉由在最靠近P型半導體層的三量子阻障層中，使最靠近P型半導體層的量子阻障層大於其餘兩層量子阻障層的厚度，或藉由使主動層中量子阻障層的厚度符合特定關係，藉此上述任一技術手段，可增加電子電洞對均勻分布在主動層裡，增加電子電洞對複合機率，因此本發明之發光二極體藉由上述任一技術手段即可大幅地提升發光二極體在222 nm~405 nm發光強度。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明之一實施例中一種發光二極體的剖面示意圖。
請參照圖1，發光二極體200包括基板210、N型半導體層220、主動層230、P型半導體層240、以及第一電極250與第二電極260，而基板210例如是藍寶石基板。具體來說，於藍寶石基板210的一表面上依序形成氮化物 半導體披覆層212(例如是未摻雜的氮化鎵)、N型半導體層220、主動層230以及P型半導體層240的疊層，主動層230位於N型半導體層220與P型半導體層240之間，N型半導體層220可包含依序位於氮化物半導體披覆層212上的第一N型摻雜氮化鎵層222以及第二N型摻雜氮化鎵層224的疊層，P型半導體層240可包含依序位於主動層230上的第一P型摻雜氮化鎵層242以及第二P型摻雜氮化鎵層244的疊層，其中第一N型摻雜氮化鎵層222與第二N型摻雜氮化鎵層224之間、或者第一P型摻雜氮化鎵層242與第二P型摻雜氮化鎵層244之間的差異可為厚度不同或是摻雜濃度不同。此外，N型半導體層220與P型半導體層240的材料例如為氮化鋁鎵，在此領域的技術人員可以依實際需求來選擇所成長之氮化物半導體披覆層212、第一N/P型摻雜氮化鎵層222、242、第二N/P型摻雜氮化鎵層224、244的厚度、摻雜濃度和鋁含量，本發明並不以此為限。
詳言之，如圖1所示，於藍寶石基板210上依序形成氮化物半導體披覆層212(例如是未摻雜(un-doped)之氮化鎵)、第一N型摻雜氮化鎵層222以及第二N型摻雜氮化鎵層224、主動層230、第一P型摻雜氮化鋁鎵層242以及第二P型摻雜氮化鎵層244，並且再分別於第二N型摻雜氮化鎵層224和第二型P型摻雜氮化鎵層244表面的部分區域上形成第一電極250與第二電極260，以使第一電極250電性連接N型半導體層220，並使第二電極260電 性連接P型半導體層240。當然，亦可於藍寶石基板與N型半導體之間增設一一層氮化物緩衝層，本發明並不以此為限。
主動層230的構成型態例如為圖2A與圖2B所示，其可為單一量子井主動層230A或是多重量子井主動層230B。圖2A為本發明一實施例之發光二極體中一種單一量子井主動層的剖面示意圖，而圖2B為本發明一實施例之發光二極體中一種多重量子井主動層的剖面示意圖。一般來說，主動層包括i層的量子阻障層以及(i-1)層量子井層，且各量子井層夾於任兩層量子阻障層之間，因此i為大於等於2的自然數。例如，如圖2A所示，單一量子井主動層230A可由兩量子阻障層232以及夾於其間的一量子井層234所構成，而構成量子阻障層232/量子井234/量子阻障層232。以222 nm~405 nm發光波段的發光二極體200為例，量子井234之材料例如是AlmInnGa1-m-nN，其中0m<1，0n0.5，m+n1，且x>m,n≧y，而量子阻障層232之材料例如是AlxInyGa1-x-yN，其中0x1，0y0.3，且x+y1，在所屬領域的技術人員可針對不同發光波段等實際需求來選擇所成長之m、n的含量、或x、y含量，本發明並不以此為限。
另外，主動層的構成型態亦可如圖2B所示之多重量子井主動層230B的型態。如圖2B所示，多重量子井主動層230B可由量子阻障層232與量子井234的至少兩對疊層所構成，如圖2B中所繪示之三對量子阻障層232/量子 井234重覆的疊層。
值得注意的是，本發明之發光二極體200藉由主動層230中對量子阻障層232進行N型摻質的摻雜製程，改變量子阻障層232中摻雜量子阻障層232的層數、摻雜濃度、以及不同摻雜量子阻障層232中的摻雜濃度分佈來提升發光二極體200於222 nm~405 nm波段的發光效率。具體來說，雖然氮化鎵之成長技術中因製程的限制而存在著一定的缺陷密度，但即使發光二極體200中的主動層230存在107的等級，藉由調變量子阻障層232中摻雜量子阻障層232的層數、摻雜濃度等，即可藉由有目的地(intentionally)摻雜N型摻質來降低活性區之缺陷密度對載子的影響，有效地提升發光效率。尤其是，特別是對於主動層230所發出之波長範圍為222 nm至405 nm波段的光線更具有顯著的提升效果。
以下將以實驗結果來輔助說明發明者所提出之本發明之發光二極體200的功效。在以下實施例中，是以矽作為N型摻質為實施範圍，但本領域的技術人員亦可使用與矽屬同族之IVA族中的其他元素來代替實施例中的矽，或著可選用V或著VIA族的元素來代替實施例中的矽，例如氧，只要可做為取代IIIA族的鋁、銦、鎵元素，可提供出電子做為N型摻雜，同樣可以實現本發明。
圖3為發光二極體之主動層的放大剖面示意圖。如圖3所示，本實施例之主動層230包括六層量子阻障層與五層量子井層，且各量子井層夾於任兩層量子阻障層之間。 量子阻障層自N型半導體側起算依序為232a、232b、232c、232d、232e、232f，而量子井層，其自N型半導體側起算依序為量子井234a、234b、234c、234d、234e。
圖4A表示作為本發明之發光二極體比較例的光學模擬圖，而圖4B表示本發明之發光二極體的光學模擬圖，其中圖4A與圖4B中的缺陷密度設定為1x108/cm3。請先參照圖4A，圖4A為發光二極體中改變量子阻障層232a-232f之摻雜量子阻障層的層數與發光波長為450nm附近波段之發光強度的關係圖，請同時參照圖3與圖4A，橫軸表示發光波長(單位：奈米)，縱軸為發光強度(單位：a.u.)，而不同的線段A、B、C、D中斜線前後的數字分別代表如圖3所示之量子阻障層232a-232f中有摻雜量子阻障層與未摻雜量子阻障層的層數，並且摻雜的層數是以自N型半導體層220側起算。例如，線段A中的6/0代表六層量子阻障層232a-232f全部摻雜，線段B中的4/2代表靠近N型半導體層220側的四層量子阻障層232a-232d為摻雜量子阻障層，而未摻雜量子阻障層232e-232f的層數為二層，線段C中的2/4代表靠近N型半導體層220側的二層量子阻障層232a-232b為摻雜量子阻障層，且未摻雜量子阻障層232c-232f的層數為四層，而線段D中的0/6代表六層量子阻障層232a-232f全部未摻雜。如圖4A所示，結果顯示增加摻雜量子阻障層的層數反而降低發光二極體在450nm附近波段的發光效率。
相對於此，當增加量子阻障層232之摻雜量子阻障層 的層數時，可以有效地提升發光二極體在222 nm~405 nm波段的發光強度。詳細而言，圖4B為發光二極體中改變量子阻障層之摻雜量子阻障層的層數與發光波長為365nm附近波段之發光強度的關係圖，圖4B中有關橫軸、縱軸、以及線段之定義與圖4A類似，惟，圖4B是表示主峰為365nm附近之222 nm~405 nm範圍的發光波段。如圖4B所示，結果顯示增加摻雜量子阻障層232的層數有助於提升發光二極體在222 nm~405 nm波段的發光效率。
發明者依據前述圖4A與圖4B之結果推論，當發光二極體所發出之發光波段在450nm附近時，由於量子井存在較強的局部效應(localized effect)，使得載子不易受到缺陷密度的影響，因此於量子阻障層中摻雜N型摻質，並無法增強450nm附近的發光強度，過多的摻雜反而會造成載子溢流現象發生因而降低發光強度，如圖4A所示。然而，對於發光波段在365nm附近的發光二極體而言，於量子阻障層中摻雜N型摻質的效應卻與發光波段在450nm附近的發光二極體完全相反。
詳言之，如圖4B所示，當發光二極體所發出之發光波段在主峰為365 nm附近之222 nm~405 nm的發光波段時，由於量子井的局部效應減弱，使得載子受到缺陷密度的影響增強，而於既定的量子阻障層中摻雜N型摻質(例如矽)有助於補償缺陷密度對載子的影響，換言之，N型摻質也可以提供電子作為輻射複合之用，因此可有效地提升發光二極體在222 nm至405 nm發光波段的發光效率。 此處所謂的N型摻質為從外界有目的的提供可作為取代III族元素的IV族摻質。如圖4B所示，222 nm至405 nm發光波段之發光強度隨著摻雜量子阻障層的層數增加而增加，尤其當摻雜量子阻障層之層數k與量子阻障層的總數i滿足下述關係式時，發光效率提升的效果顯著：當i為偶數時，k≧i/2；當i為奇數時，k≧(i-1)/2。
為了進一步驗證上述推論，針對222 nm至405 nm發光波段的發光二極體，進一步以圖5A至圖8D來分別表示當改變圖3之摻雜量子阻障層232的層數時，模擬對發光二極體電子濃度、電洞濃度、電子電洞複合機率、以及非輻射複合機率的關係圖，其中圖5至圖8橫軸代表與基板表面之距離(單位：奈米)，而圖5至圖8中的A、B、C、D圖分別代表摻雜量子阻障層與未摻雜量子阻障層的層數，其定義與圖4A、4B中線段A-D相同，不再贅述。
由圖5A至圖5D之電子濃度模擬圖可知，當摻雜量子阻障層的層數越多時，其電子濃度逐漸增加。由圖6A至圖6D之電洞濃度模擬圖可知，當摻雜量子阻障層的層數越多時，其電洞濃度逐漸減少，其中又以全部量子阻障層均不摻雜時的整體電洞濃度最高。由圖7A至圖7D之電子電洞複合機率模擬圖可知，雖然量子阻障層全部摻雜時之整體電洞分佈較均勻，理應圖7D之量子阻障層全部不摻雜的發光二極體具有較高的電子電洞複合機率，然而，由圖7A至圖7D的趨勢可知，圖7A之全部量子阻障層232均摻雜時的電子電洞複合機率最高，反而圖7D之全部量 子阻障層均不摻雜時的電子電洞複合機率最低。因此，圖7A至圖7D亦可驗證N型摻質可以提供電子作為輻射複合之用，因此可有效地提升發光二極體在222 nm至405 nm發光波段的發光效率的推論。再者，由圖8A至圖8D之電子電洞非輻射複合機率模擬圖可知，圖8A之全部量子阻障層均摻雜時之非輻射複合機率最低，而圖8D之全部量子阻障層均不摻雜時的電子電洞非輻射複合機率最高，結合圖7A至圖7D以及圖8A至圖8D之結果可知，於量子阻障層中摻雜N型摻質可以提供電子，使提高電子電洞輻射複合機率，而有效地提升發光效率，同時降低電子電洞以熱等非發光型態的非輻射複合機率，同樣可驗證N型摻質可以提升發光二極體在222 nm至405 nm發光波段的發光強度的推論。
表1中記載當發光二極體中之主動層的結構如圖3所示時，發光二極體在不同電流下的發光強度表現、以及順向電壓表現隨著摻雜量子阻障層與未摻雜量子阻障層的層數而改變，其中在表1的實驗中，各摻雜量子阻障層的摻雜濃度C1、C2、...Ck例如均為2x1018/cm3，而在本發明發光波長為365nm實施例中，量子井之材料是IncGa1-cN，其中0≦c≦0.05，量子阻障層的材料是AldGa1-dN，d為0至0.25之間，在本實施例中，鋁含量最佳值是0.09~0.20之間，量子阻障層的厚度例如為5nm-15nm，在本實施例中，厚度較佳為6 nm-11nm。並且，將表1之結果繪示於圖9A與圖9B中，其中圖9A繪示發光二極體之量子阻障層中不同摻雜 層數對電流-光輸出功率曲線的關係圖，而圖9B繪示發光二極體之量子阻障層中不同摻雜層數對電流-電壓曲線的關係圖。
由表1及圖9A的結果可知，發光二極體200A-200E之光輸出功率隨著在既有量子阻障層中摻雜量子阻障層數的增加而提升。詳言之，首先當不摻雜N型摻質時候，其摻雜濃度為0，但其氮化鎵材料會有其本身背景摻雜濃度，濃度會依不同磊晶技術或者不同磊晶品質而有所差異，此實施例中，由於量測不到本身背景摻雜濃度，因此未摻雜之濃度以N.A.來表示，此時當六層量子阻障層中均未摻雜N型摻質(例如矽)時之光輸出功率為9.5 mW(發光二極體200A)。當六層量子阻障層中有兩層摻雜N型摻質時(例如對圖3所示量子阻障層232a-232f中有目的 地摻雜最靠近N型半導體220的兩層量子阻障層232a-232b)，發光二極體200B之光輸出功率可由均未摻雜的9.5 mW提升至10.6 mW，更佳的是，當六層量子阻障層232中有四層摻雜量子阻障層232時(如有目的地摻雜圖3中最靠近N型半導體220的四層量子阻障層232a-232d)，發光二極體200C之光輸出功率更可大幅度地由未摻雜的9.5 mW提升到17.0mW，提升為原來的兩倍，因此當摻雜量子阻障層232的層數k大於等於量子阻障層232的總層數i的一半時，可有效地提升發光二極體200C的發光效率。此外，當摻雜五層量子阻障層時，發光二極體200D之光輸出功率為24.2 mW，而當全部量子阻障層232都摻雜時(如將圖3中全六層量子阻障層232a-232f均進行有目的的摻雜)，發光二極體200E之光輸出功率可提升到31.1 mW，提升為原來的將近三倍之多。
另外，由表1及圖9B的結果可知，於量子阻障層中摻雜N型摻質除可有效增加發光二極體200A的發光效率之外，更可降低量子阻障層之阻值，進而降低發光二極體的順向電壓。例如順向電壓由全部量子阻障層都未摻雜的4.36 V下降到全部量子阻障層都摻雜的4.14 V。上述結果代表提高量子阻障層中的摻雜層數可以補償缺陷密度對發光二極體在222 nm~405 nm波段(主峰在365nm附近)之發光效率的影響。換言之，於量子阻障層中所摻入的N型摻質能有效地提供電子作為輻射複合之用，降低非輻射複合等如熱形式的能量釋放，因此可有效的提升發光效率， 上述實驗結果再次驗證了前述圖5至圖8的模擬結果。
因此，由上文可知，本發明之發光二極體可使主動層之量子阻障層中摻有N型摻質的量子阻障層的層數符合特定比例，藉此來有效提升發光二極體在222 nm~405 nm波段的發光效率。尤其當摻雜量子阻障層的層數k大於等於量子阻障層的總層數i的一半時，發光效率提升的效果顯著，具體來說，當i為偶數時，k≧i/2；當i為奇數時，k≧(i-1)/2。
下文進一步探討摻雜量子阻障層中N型摻質之摻雜濃度對發光二極體在222 nm~405 nm波段之發光效率的影響。
表2中記載當發光二極體中之主動層的結構如圖3所示時，固定對靠近N型半導體層的四層量子阻障層232a-232d進行摻雜，因此表2各實驗例中的摻雜量子阻障層232為四層，而另外靠近P型半導體層的量子阻障層232e-232f未摻雜。表2中表示發光二極體之摻雜量子阻障層中不同摻雜濃度對發光強度表現以及順向電壓表現的關係。並且，將表2之結果繪示於圖10A與圖10B中，其中圖10A繪示發光二極體中之量子阻障層中不同摻雜濃度對電流-光輸出功率曲線的關係圖，而圖10B繪示發光二極體之量子阻障層中不同摻雜濃度對電流-電壓曲線的關係圖。
由表2及圖10A的結果並參照圖3可知，發光二極體之光輸出功率隨著摻雜濃度的增加而提升，例如，如前述，當不摻雜N型摻質時，由於量測不到本身背景摻雜濃度，因此未摻雜之濃度以N.A.來表示，其光輸出功率為9.5 mW(發光二極體200A)；當四層摻雜量子阻障層232a-232d的摻雜濃度為8x1017 cm-3時，發光二極體200F之光輸出功率可由均未摻雜的9.5 mW提升至11.8mW，更佳的是，當摻雜濃度為2x1018 cm-3時，發光二極體200G之光輸出功率更可大幅度地由未摻雜的9.5 mW提升到兩倍的17.0mW，當摻雜濃度為4x1018 cm-3時，發光二極體200H之光輸出功率為19.1 mW，而當摻雜濃度為6x1018 cm-3時，發光二極體200E之光輸出功率可提升到21.5mW。因此，由表2及圖10A可推算出：當發光二極體之量子阻障 層中，摻雜層數超過總層數的一半，且摻雜濃度為5x1017/cm3至1x1019/cm3時，即可有效地提升發光二極體200F-200I的發光效率。
另外，由表2及圖10B的結果可知，於四層摻雜量子阻障層中當摻雜濃度為5x1017/cm3至1x1019/cm3時，N型摻質除可提升發光二極體的發光效率之外，更可降低量子阻障層之阻值，進而降低發光二極體的順向電壓。例如發光二極體的順向電壓由摻雜濃度為0的4.36 V下降到摻雜濃度為6x1018的4.09 V。上述結果代表提高量子阻障層232中N型摻質(例如矽)的摻雜濃度可以有效補償缺陷密度對發光二極體在222 nm~405 nm波段之發光效率的影響。換言之，於量子阻障層中所摻入的N型摻質能有效地提供電子作為輻射複合之用，降低非輻射複合等如熱形式的能量釋放，因此可有效的提升發光效率，上述實驗結果同樣再次驗證了前述圖5至圖8的模擬結果。
值得一提的是，依據上述本發明之發光二極體200B-200I的實施例，亦可以選用IV、V和VIA族中的至少一元素來作為N型摻質，其同樣可以達到提供電子作為輻射複合之用，藉此可有效提升發光效率。此外，摻雜量子阻障層中的摻雜濃度除了可如表1與表2般相等之外，亦可以使摻雜濃度具有梯度變化。舉例來說，以量子阻障層之總層數為6層，而摻雜量子阻障層為6層中的4層為例，4層摻雜量子阻障層之摻雜濃度自靠近N型半導體側起算依序為C1、C2、...Ck，且Ck≦Ck-1，例如4層摻雜量子阻障層 232a-232d之摻雜濃度依序為6x1018 cm-3、5x 1018 cm-3、4x 1018 cm-3、3x 1018 cm-3，換言之，摻雜量子阻障層的摻雜濃度變化是從靠近N型半導體側的第一層量子阻障層232a漸減至最靠近P型半導體側的第四層232d，如此，同樣可以使得所摻入的N型摻質有效地提供電子作為輻射複合之用，藉此可有效的提升發光效率。
再者，摻雜量子阻障層中摻雜濃度C1至Ck的梯度變化亦可以是自靠近N型半導體側起算依序為6x1018 cm-3、7x1018 cm-3、8x1018 cm-3、6x1018 cm-3，換言之，其摻雜濃度變化可為中間層數摻雜濃度大於最靠近N型半導體和最靠近P型半導體之型態。另外，摻雜量子阻障層中摻雜濃度的梯度變化還可以是自靠近N型半導體側起算依序為6x1018 cm-3、5x1018 cm-3、8x1018 cm-3、6x1018 cm-3。總言之，只要最靠近P型半導體層的摻雜量子阻障層的摻雜濃度小於等於該k層摻雜量子阻障層中其他量子阻障層的摻雜濃度，即可使所摻入的N型摻質有效地提供電子作為輻射複合之用，藉此可有效的提升發光效率。
綜上所述，本發明之發光二極體中，藉由使主動層中摻有N型摻質的量子阻障層的層數符合特定關係、或藉由使主動層之摻雜有N型摻質的量子阻障層中最靠近P型半導體者具有最小的摻雜濃度、或藉由使摻雜有N型摻質之量子阻障層的摻雜濃度滿足特定關係，使得N型摻質可以撫平氮化鎵之缺陷對載子的影響，提升發光二極體之載子的複合效率，因此本發明之發光二極體藉由上述任一技術 手段即可大幅地提升發光二極體在222 nm~405 nm波段的發光效率。
此外，本發明之發光二極體的實施型態不限於前述所繪示之型態，亦可以為水平電極配置或垂直電極配置，均可實現本發明，因此不亦此為限。
本發明之第二型態的另提出以下幾種發光二極體。
圖11A至圖11C分別為本發明一實施例中幾種發光二極體的結構圖，橫軸代表發光二極體中堆疊位置關係中各量子阻障層的位置，縱軸代表相對導電帶能階圖，其各量子阻障層的上方標示其厚度變化(厚度單位：奈米)。
圖11A的發光二極體200A表示發光二極體中量子阻障層232a-232f的厚度均相同的結構，圖11B的發光二極體200B表示發光二極體中量子阻障層232a-232f的厚度由P型半導體層240往N型半導體層220遞增的結構，圖11C的發光二極體200C為量子阻障層232a-232f的厚度由P型半導體層240往N型半導體層220遞減的結構。
圖12進一步繪示圖11A至圖11C中各發光二極體的發光強度模擬圖。如圖12所示，量子阻障層232a-232f的厚度由P型半導體層240往N型半導體層220遞減的發光二極體200C的發光強度高於量子阻障層232a-232f厚度相等的發光二極體200A、亦高於量子阻障層232a-232f的厚度由P型半導體層240往N型半導體層220遞增的發光二極體200B。其中，發光強度又以量子阻障層232a-232f的厚度由P型半導體層240往N型半導體層220遞增的發光 二極體200B最弱。
進一步探究發光二極體200A-200C中量子阻障層厚度變化對發光強度影響的機制。
圖13A至圖13C分別表示圖11A至圖11C中各發光二極體的電子與電洞濃度模擬圖，橫軸表示膜層堆疊距離基板的位置(單位：奈米)，其中位置2060奈米處為靠近P型半導體層240側，而位置2000奈米為靠近N型半導體層220側，粗線與細線則分別表示電子濃度與電洞濃度(單位：cm-3)。
發明者依據前述圖11A至圖11C、圖12以及圖13A至圖13C之結果，推論量子阻障層的厚度變化對發光二極體發光強度的影響機制如下。
請同時參照圖11B與圖13B所示，對於發光二極體200B的電子遷移而言，當量子阻障層232a-232f厚度從P型半導體層240往N型半導體層220遞增時，由於電子的遷移從N型半導體層220注入並穿越各量子阻障層232a-232f而往P型半導體層240遷移，因此當量子阻障層232a-232f的厚度由N型半導體層220向P型半導體層240逐漸變薄時，將使電子更容易往P型半導體層240移動，使得最靠近P型半導體層240的量子井層234a的電子濃度過高。
另一方面，對於發光二極體200B的電洞遷移而言，如圖13B搭配圖11B所示，雖然靠近P型半導體層240的量子阻障層232a厚度較薄，使得電洞更容易地往N型半 導體層220移動。然而，如前述，由於在最靠近P型半導體層240的量子井層234a中存在著過多的電子，使得電子產生溢流現象，而非在量子井層中複合，導致電子與電洞無法有效地產生輻射複合，使得整體電洞注入的濃度下降而導致發光強度降低。
另一方面，請同時參照圖11C與圖13C所示，對於發光二極體200C的電子遷移而言，當量子阻障層232a-232f厚度從N型半導體層220往P型半導體層240遞增時，由於電子的遷移從N型半導體層220注入在穿越量子阻障層232a-232f後往P型半導體層240移動，量子阻障層232的厚度逐漸變厚可以稍稍減緩電子往P型半導體層240移動的趨勢，如此一來，可以使得電子濃度均勻地分佈在主動層230的各量子井層234a-234e中。此外，發光二極體200C藉由量子阻障層232a-232f厚度由N型半導體層220至P型半導體層240逐漸變厚的結構，藉此，發光二極體200C的電子可以避免如發光二極體200B般聚集於最後一個量子井層234a中的現象，因此整體電子注入濃度不會受到最後一個量子井層234a中電子過剩而產生溢流效應的影響。
另一方面，對於發光二極體200C的電洞遷移而言，如圖13C搭配圖11C所示，當電洞從P型半導體層240注入到最靠近P型半導體層240的量子井層234(如圖11C中的量子井層234a)時候，由於量子阻障層232a-232f的厚度由P型半導體層240往N型半導體層220變薄，因此 有利於電洞注入到下一個量子井層234a-234e中。如此一來，相較於發光二極體200A與發光二極體200B，發光二極體200C的電洞濃度在量子井層234中的分佈較為均勻，使得發光二極體200C的結構會有最佳的發光強度。
圖14A與圖14B分別為圖11B與圖11C中之發光二極體的能帶模擬圖，其中橫軸的定義與圖13A至圖13C相同。如圖14A搭配圖11B所示，當最靠近P型半導體層240的量子阻障層232a厚度變薄的情況下，其導電帶低於以虛線表示的費米能階，此現象會使得最靠近P型半導體層240的量子井層234a不具侷限的效應，電子將會溢流到P型半導體層240中。
另一方面，如圖14B搭配圖11C所示，發光二極體200C最靠近P型半導體層240的量子阻障層232a厚度較厚，使得導電帶高於以虛線表示的費米能階，可使得最靠近P型半導體層240的量子井層234a發揮適當的侷限效應，避免電子溢流到P型半導體層240中而導致電子電洞非輻射複合降低發光強度的現象。
圖15為圖11A至圖11C中各發光二極體的電子電流密度模擬圖，其中橫軸的定義與圖13A至圖13C相同，而縱軸為電子電流密度(單位：A/cm2)。請參照圖8，發光二極體200 B在P型半導體層240的電子電流密度高於發光二極體200 A與發光二極體200C。這顯示出發光二極體200 B在存在電流溢流的現象。
表3為各量子井層234的波函數重疊機率模擬圖。
請同時參照表3與圖15，由於發光二極體200 B的導電帶低於費米能階造成最靠近P型半導體層240的量子井層234a無法侷限載子造成過多的電子溢流到P型半導體層240中，搭配圖11B中亦可以一併地驗證發光二極體200 B在最靠近P型半導體層240的量子井層234a中存在有過多電子濃度的現象。此外，由圖15可知，發光二極體200B的電子溢流現象較嚴重，造成電子電洞對的波函數無法重疊進而複合發光。
由上述推論可知，當發光二極體200中量子阻障層232的厚度變化如發光二極體200B般從N型半導體層220往P型半導體層240逐漸變薄的結構將無法有效地提升發光強度。相對地，當發光二極體200中量子阻障層232的厚度變化如發光二極體200 C般由N型半導體層220往P型半導體層240逐漸變厚時，電子和電洞濃度可有效地均勻分布在全部量子井層234中，且此時電子電洞對的波函數重疊機率皆高於量子阻障層232厚度均一化之發光二極體200 A的波函數重疊機率，因此發光二極體200 C在本實施例中有最佳的發光強度。
值得一提的是，在主動層230之量子阻障層232中，發光二極體200的發光強度又較受到最靠近P型半導體層240的前幾層量子阻障層232厚度變化的影響。下文進一步探討量子阻障層232中厚度變化對發光二極體200在222 nm~405 nm波段之發光強度的影響。
表4中記載當發光二極體200中之主動層230的結構如圖3所示時，改變不同位置之量子阻障層232a-232f的厚度(單位：奈米)時，在350mA與700mA電流注入下發光強度的表現，其中各量子井層234a-234e的厚度為3奈米。並且，在本實施例中，量子井層234a-232f之材料例如是IncGa1-cN，其中0c0.05，而量子阻障層232a-232f之材料例如是AldGa1-dN，其中0d0.25，且較佳為0.09d0.20。
換言之，在本實施例中，主動層230中共有6層量子阻障層232a-232f，其結構可參考圖3，該6層中自P型半導體側240起算的量子阻障層232a-232f的厚度依序為T1、T2、T3...T6，即T1為最靠近P型半導體側240之量子阻障層232a的厚度，而T6(Ti，本實施例是以i=6為例)為最靠近N型半導體側220之量子阻障層232f的厚度。
由表4可知，發光二極體I在350mA電流注入下，其發光強度為17.0 mW。由表4的結果並參照圖3可知，在發光二極體200最靠近P型半導體層240的前三層量子阻障層232a-232c中，當靠近P型半導體層240的量子阻障層232a的厚度T1大於較靠近N型半導體層220的量子阻障層232b-232c的厚度T2與T3時，亦即當T1大於T2與T3時，即可有效地提升發光二極體的發光強度。
具體而言，相較於發光二極體I，發光二極體II的發光強度大幅地降低至5.9 mW，由於發光二極體II靠近P型半導體層240之量子阻障層232a的厚度T1較薄，而未能有效地將電子侷限於量子井內，使得發光強度大幅下降侷限，這與前述所推論的機制相符。
另一方面，發光二極體III將發光二極體I中間層的量子阻障層232c、232d厚度T3、T4減薄之後，其發光強度可提升至24.0 mW，這代表著當電洞在此厚度設計下更容 易地往N型半導體層220注入到更多的量子井234a-234e。並且，如發光二極體IV，進一步將量子阻障層232e、232f的厚度減薄後，其光輸出功率更大幅提升到30.3 mW。
此外，如發光二極體V，進一步將量子阻障層232a-232f的厚度T1由P型半導體層240漸減至N型半導體層220時，如表4中所載，T1漸減至T6，發光強度提升至約兩倍的33.1 mW。換言之，在發光二極體中，當最靠近P型半導體層240的三層量子阻障層232中，其厚度滿足T1大於T2與T3的關係，即可有效地使電洞均勻地分佈於主動層230的量子井中，並抑制電子的溢流現象，藉此可有效地提升發光二極體的發光強度。
圖16為表4之各發光二極體中光輸出曲線對注入電流圖。如表4以及圖16可知，藉由調變主動層230中量子阻障層232a-232f的厚度可以達到提升發光二極體之光輸出效率的效果，尤其是，對於電洞遷移率較具影響的最靠近P型半導體層240的三層量子阻障層232a-232c而言，藉由適當地調變這三層量子阻障層232a-232c的厚度即可達到有效提升發光強度的效果。
具體來說，當主動層230中之i層中的量子阻障層232的厚度滿足T1最厚時，即可達到提升發光二極體之發光強度的效果。
依據前述表4的結果可知，中間層之量子阻障層的厚度，例如T3、T4，可比靠近N型半導體層220和靠近P型 半導體層240量子阻障厚度薄，如同發光二極體III所示可有效地提升光輸出效率。另一方面，可將靠近N型半導體層220之量子阻障層232的厚度小於靠近P型半導體層240量子阻障層232a、232b的厚度，而使量子阻障層232c-232f的厚度為一致，如同發光二極體IV所示，更可有效地提升光輸出效率。並且，當量子阻障層232厚度從P型半導體層240往N型半導體層220逐漸變薄，如同發光二極體V所示，發光強度為最佳。
依據發明者前述的實驗結果以及推論機制可知，可藉由使電子電洞對均勻地分佈在主動層230的量子井中，並提高靠近P型半導體層240之量子阻障層載子的侷限效應來有效地提升發光二極體的發光效率。
以前述實驗中六層量子阻障層232為例，最靠近P型半導體層240的第一層量子阻障層232a的厚度T1要最大，而第二層量子阻障層232b的厚度T2要小於或等於第一層量子阻障層232a的厚度T1，藉此可以使得最靠近P型半導體層240的第一層量子井有較佳的侷限效應，避免電子的溢流效應，提升電子電洞的輻射複合效率。
由以上實驗及推論可知，藉由使最靠近P型半導體層240的第一層量子阻障層232a的厚度T1為最大，可以有效地避免電子的溢流效應，藉此可提升電子電洞的輻射複合效率。因此在此領域的所屬技術人員可以推知，當第二層量子阻障層232b的厚度T2等於第一層量子阻障層232a的厚度T1時，將可使得最靠近P型半導體層240的第一層 量子井同時發揮較佳的侷限效應，藉此同樣可達到避免電子溢流效應，以提升電子電洞的輻射複合效率的效果。
更進一步的說，第三層量子阻障層232c的厚度T3要在T1~T3之間是最薄的，如表4之發光二極體III~V，藉此可利於電洞的注入，使電洞更有效地往N型半導體層220側的量子井層234注入，使電洞在主動層230中的分佈更為均勻。此外，如表4之發光二極體I所示，當T1>T2=T3時，相較於發光二極體II，可有效地提升光輸出效率。另外，如表4之發光二極體IV與V所示，當T6最靠近N型半導體側之量子阻障層的厚度Ti(本實施例i=6，因此即為T6)為最薄時，發光二極體IV與V在350mA與700mA電流注入下的發光強度表現優異，亦即藉由在該i層量子阻障層中，使最靠近該N型半導體層的厚度Ti為最薄，可有效地提升光輸出效率。
以下進一步改變主動層中量子井以及量子阻障層的層數，表5為改變主動層中量子井以及量子阻障層的層數(六層、九層和十一層量子阻障)以及改變不同位置之量子阻障層的厚度(單位：奈米)時，在350mA與700mA電流注入下發光強度的表現，其中各量子井層的厚度均為3奈米。換言之，在表5的結構欄中，各數字代表各層量子阻障層232a-232i的厚度T1-Ti，而在該欄中，由右往左的數字分別代表自P型半導體側起算的量子阻障層232a-232i的厚度依序為T1、T2、T3...Ti
由表4及表5的結果可知，不論主動層230中是使用八層或十層量子井層234(即九層或十一層的量子阻障層232)的結構，當主動層230中之該i層各量子阻障層232的厚度滿足：T1>T2≧T3時，尤以量子阻障層232作一漸變厚度的設計可有效地提升發光二極體的發光效率。舉例來說，比較發光二極體VI與發光二極體VII之八層量子井層234的結構可以發現，在發光二極體VI的八層量子井層234的結構中，將其量子阻障層232厚度T8到T2均設為9 nm，而將T1設為11nm。當將發光二極體VII中調變量子阻障層232的厚度T9到T1依序為2/3/3/5/5/7/7/9/11 nm，藉此可將發光二極體的光輸出效率(發光強度)從原本的16.4 mW有效地提升到24.7 mW。
另一方面，比較發光二極體VIII與發光二極體IX之十層量子井層234的結構可以發現，將其量子阻障層232的厚度T11到T2均設為9 nm，並將量子阻障層232的厚度 T1設為11 nm。當調變量子阻障層232的厚度為T11到T1依序厚度依序為2/2/3/3/3/5/5/7/7/9/11 nm時，藉此可將發光二極體的光輸出效率(發光強度)從原本的11.3 mW有效地提升到20.7 mW。
值得一提的是，為了進一步增加發光二極體的發光強度，發明者提出可藉由調變量子阻障層232中摻雜量子阻障層232的層數、摻雜濃度等，即可藉由有目的地(intentionally)摻雜N型摻質來降低活性區之缺陷密度對載子的影響，有效地提升發光效率，特別是對於主動層230所發出之波長範圍為222 nm至405 nm波段的光線更具有顯著的提升效果。
尤其當摻雜量子阻障層232之層數k與量子阻障層232的總數i滿足下述關係式時，發光效率提升的效果顯著：當i為偶數時，k≧i/2；當i為奇數時，k≧(i-1)/2。換言之，當發光二極體之量子阻障層232中，摻雜層數超過總層數的一半，且摻雜濃度為5x1017/cm3至1x1019/cm3時，即可有效地進一步提升發光二極體的發光效率。
綜上所述，本發明之發光二極體中，藉由使主動層中量子阻障層的厚度設計符合特定關係，使得電洞可以均勻地分佈於量子井層中，藉此提升發光二極體之載子的複合效率，因此本發明之發光二極體藉由上述任一技術手段即可大幅地提升發光二極體在222 nm~405 nm波段的發光強度。
此外，本發明之發光二極體的實施型態不限於前述所 繪示之型態，亦可以為水平電極配置或垂直電極配置，均可實現本發明，因此不亦此為限。
圖17為本發明之發光二極體的一種實施型態。如圖17所示，發光二極體300之膜層由上至下依序包括接觸層310；前述之N型半導體層220、主動層230、電子阻障層270與中間層280、以及P型半導體層240；反射層320；接合層330；以及承載基板340。
圖18為本發明之發光二極體的另一種實施型態。如圖18所示，發光二極體400之膜層由上至下依序包括前述之基板210、氮化物半導體披覆層212、N型半導體層220以及承載基板340，並於N型半導體層220與承載基板340夾設兩疊層，如繪示於圖20左方主要由前述主動層230、電子阻障層270與中間層280、P型半導體層240、接觸層310、以及接合層330所構成的第一疊層，以及位於該第一疊層右方並與該第一疊層相隔一段距離的第二疊層，其中該第二疊層主要由接觸層310、以及接合層330所構成。並且，發光二極體400可視元件需求而將一反射層設置於右方第一疊層的接觸層310與接合層330之間，或者設置承載基板340鄰接於左方第二疊層的表面上，本發明並不以此為限。
圖19為本發明之發光二極體的再一種實施型態。如圖19所示，發光二極體500之膜層結構與圖20類似，惟不同處在於：圖19之發光二極體500相較於圖18之發光二極體400進一步省略了N型半導體層220上方之基板 210與氮化物半導體披覆層212構件，其餘部分所標示的相同標號則與前述圖20中的相同，不再贅述。並且，同樣地，發光二極體500可視元件需求而將一反射層設置於右方第一疊層的接觸層310與接合層330之間，或者設置承載基板340鄰接於左方第二疊層的表面上，本發明並不以此為限。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200、200A-200I、I-IX‧‧‧發光二極體
210‧‧‧基板
212‧‧‧氮化物半導體披覆層
220‧‧‧N型半導體層
222‧‧‧第一N型摻雜氮化鎵層
224‧‧‧第二N型摻雜氮化鎵層
230‧‧‧主動層
230A‧‧‧單一量子井主動層
230B‧‧‧多重量子井主動層
232、232a、232b、232c、232d、232e、232f‧‧‧量子阻障層
234、234a、234b、234c、234d、234e‧‧‧量子井
240‧‧‧P型半導體層
242‧‧‧第一P型摻雜氮化鎵層
244‧‧‧第二P型摻雜氮化鎵層
250‧‧‧第一電極
260‧‧‧第二電極
T1、T2、T3...Ti‧‧‧量子阻障層的厚度
310‧‧‧接觸層
320‧‧‧反射層
330‧‧‧接合層
340‧‧‧承載基板
圖1為本發明之一實施例中一種發光二極體的剖面示意圖。
圖2A為本發明一實施例之發光二極體中一種單一量子井主動層的剖面示意圖。
圖2B為本發明一實施例之發光二極體中一種多重量子井主動層的剖面示意圖。
圖3為發光二極體之主動層的放大剖面示意圖。
圖4A表示作為本發明之發光二極體的比較例。
圖4B表示本發明之發光二極體的實施例。
圖5A至圖5D分別表示當改變圖3之摻雜量子阻障層的層數時，模擬對發光二極體之電子濃度的關係圖。
圖6A至圖6D分別表示當改變圖3之摻雜量子阻障 層的層數時，模擬對發光二極體之電洞濃度的關係圖。
圖7A至圖7D分別表示當改變圖3之摻雜量子阻障層的層數時，模擬對發光二極體之電子電洞複合機率的關係圖。
圖8A至圖8D分別表示當改變圖3之摻雜量子阻障層的層數時，模擬對發光二極體之非輻射複合機率的關係圖。
圖9A繪示發光二極體之量子阻障層中不同摻雜層數對電流-光輸出功率曲線的關係圖。
圖9B繪示發光二極體之量子阻障層中不同摻雜層數對電流-電壓曲線的關係圖。
圖10A繪示發光二極體中之量子阻障層中不同摻雜濃度對電流-光輸出功率曲線的關係圖。
圖10B繪示發光二極體之量子阻障層中不同摻雜濃度對電流-電壓曲線的關係圖。
圖11A至圖11C分別為本發明一實施例中幾種發光二極體的結構設計圖。
圖12為圖11A至圖11C中各發光二極體的發光強度模擬圖。
圖13A至圖13C分別表示圖11A至圖11C中各發光二極體的電子與電洞濃度模擬圖。
圖14A與圖14B分別為圖11B與圖11C中之發光二極體的能帶模擬圖。
圖15為圖11A至圖11C中各發光二極體的電子電流密度模擬圖。
圖16為表2之各發光二極體中光輸出曲線對注入電流圖。
圖17為本發明之發光二極體的一種實施型態。
圖18為本發明之發光二極體的另一種實施型態。
圖19為本發明之發光二極體的再一種實施型態。
A、B、C、D‧‧‧線段

Claims (31)

  1. 一種發光二極體，包括：一基板；一N型半導體層，位於該基板上；一主動層，具有一缺陷密度DD，其中DD≧2x107/cm3，該主動層位於該N型半導體層的部分區域上，該主動層發出之光波長λ為222 nm≦λ≦405 nm，該主動層包括i層的量子阻障層以及(i-1)層量子井，各量子井於任兩層量子阻障層之間，且i為大於等於2的自然數，其中摻雜N型摻質於該些量子阻障層中的至少k層，k為大於等於1的自然數，當i為偶數時，k≧i/2，當i為奇數時，k≧(i-1)/2；一P型半導體層，位於該主動層上；以及一第一電極以及一第二電極，其中該第一電極位於該N型半導體層的部分區域上，且該第二電極位於該P半導體層的部分區域上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該些已摻雜N型摻質的k層量子阻障層位於該些量子阻障層中最靠近N型半導體層的k層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該些量子阻障層之材料包括AlxInyGa1-x-yN，其中0x1，0y0.3，且x+y1。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中各該量子阻障層的厚度為5nm至15nm之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中該些量子井之材料包括AlmInnGa1-m-nN，其中0m<1，0n0.5，m+n1，且x>m,n≧y。
  6. 一種發光二極體，包括：一基板，；一N型半導體層，位於該基板上；一主動層，具有一缺陷密度DD，其中DD≧2x107/cm3，該主動層位於該N型半導體層的部分區域上且發出之光波長λ為222 nm≦λ≦405 nm，該主動層包括i層的量子阻障層以及(i-1)層量子井，各量子井於任兩層量子阻障層之間，且i為大於等於2的自然數，其中摻雜N型摻質於該些量子阻障層中的至少k層，k為大於等於1的自然數，當i為偶數時，k≧i/2，當i為奇數時，k≧(i-1)/2；一P型半導體層，位於該主動層上，且該k層量子阻障層中最靠近該P型半導體的量子阻障層的摻雜濃度小於等於該k層量子阻障層中其他量子阻障層的摻雜濃度；以及一第一電極以及一第二電極，其中該第一電極位於該N型半導體層的部分區域上，且該第二電極位於該P半導體層的部分區域上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體，其中該些已摻雜N型摻質的k層量子阻障層位於該些量子阻障層中最靠近N型半導體層的k層。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體，其中該k層量子阻障層的摻雜濃度至少為5x1017/cm3。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體，其中該k層中各量子阻障層的摻雜濃度自N型半導體側起算依序為C1、C2、...Ck，且Ck≦Ck-1。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體，其中該些量子阻障層之材料包括AlxInyGa1-x-yN，其中0x1，0y0.3，且x+y1。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體，其中各該量子阻障層的厚度為5nm至15nm之間。
  12. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體，其中該些量子井之材料包括AlmInnGa1-m-nN，其中0m<1，0n0.5，m+n1，且x>m,n≧y。
  13. 一種發光二極體，包括：一基板；一N型半導體層，位於該基板上；一主動層，具有一缺陷密度為DD，其中DD≧2x107/cm3，該主動層位於該N型半導體層的部分區域上，該主動層發出之光波長λ為222 nm≦λ≦405 nm，該主動層包括i層的量子阻障層以及(i-1)層量子井，各量子井於任兩層量子阻障層之間，且i為大於等於2的自然數，其中摻雜N型摻質於該些量子阻障層中的至少k層，k為大於等於1的自然數，當i為偶數時，k≧i/2，當i為奇數時，k≧(i-1)/2，該k層量子阻障層的摻雜濃度為 5x1017/cm3至1x1019/cm3；一P型半導體層，位於該主動層上；以及一第一電極以及一第二電極，其中該第一電極位於該N型半導體層的部分區域上，且該第二電極位於該P半導體層的部分區域上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體，其中該些已摻雜N型摻質的k層量子阻障層位於該些量子阻障層中最靠近N型半導體層的k層。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體，其中該k層中各量子阻障層中最靠近該P型半導體的量子阻障層的摻雜濃度小於等於該k層量子阻障層中其他量子阻障層的摻雜濃度。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體，其中各該量子阻障層的厚度為5nm至15nm之間。
  17. 一種發光二極體，包括：一基板；一N型半導體層與一P型半導體層，其中該N型半導體層位於該基板與該P型半導體層之間；一主動層，位於該N型半導體層以及該P型半導體層之間，該主動層發出之光波長λ為222 nm≦λ≦405 nm，該主動層包括i層的量子阻障層以及(i-1)層量子井層，各量子井層於任兩層量子阻障層之間，且i為大於等於2的自然數，該i層中各量子阻障層的厚度自P型半導體側起算依序為T1、T2、T3...Ti，其中T1大於T2與T3；以及一第一電極以及一第二電極，其中該第一電極位於該 N型半導體層的部分區域上，且該第二電極位於該P半導體層的部分區域上。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體，其中T2≧T3。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體，其中在該i層量子阻障層中，最靠近該N型半導體層的厚度Ti為最薄。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體，其中摻雜N型摻質於該些量子阻障層中的至少k層，k為大於等於1的自然數，當i為偶數時，k≧i/2，當i為奇數時，k≧(i-1)/2。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體，其中該k層量子阻障層的摻雜濃度為5x1017/cm3至1x1019/cm3。
  22. 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體，其中在該i層量子阻障層中，最靠近該P型半導體層的量子阻障層的厚度T1為6nm至15nm之間。
  23. 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體，其中該些量子阻障層之材料包括AlxInyGa1-x-yN，其中0x1，0y0.3，且x+y1。
  24. 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體，其中該些量子井層之材料包括AlmInnGa1-m-nN，其中0m<1，0n0.5，m+n1，且x>m,n≧y。
  25. 一種發光二極體，包括：一基板；一N型半導體層與一P型半導體層，其中該N型半 導體層位於該基板與該P型半導體層之間；一主動層，位於該N型半導體層以及該P型半導體層之間，該主動層發出之光波長λ為222 nm≦λ≦405 nm，該主動層包括i層的量子阻障層以及(i-1)層量子井層，各量子井層於任兩層量子阻障層之間，且i為大於等於2的自然數，該i層中各量子阻障層的厚度自P型半導體側起算依序為T1、T2、T3...Ti，其中該i層量子阻障層中厚度滿足：T1=T2>T3；以及一第一電極以及一第二電極，其中該第一電極與該第二電極分別位於該N型半導體層的部分區域上與該P半導體層的部分區域上。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之發光二極體，其中在該i層量子阻障層中，最靠近該N型半導體層的厚度Ti為最薄。
  27. 如申請專利範圍第25項所述之發光二極體，其中摻雜N型摻質於該些量子阻障層中的至少k層，k為大於等於1的自然數，當i為偶數時，k≧i/2，當i為奇數時，k≧(i-1)/2。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之發光二極體，其中該k層量子阻障層的摻雜濃度為5x1017/cm3至1x1019/cm3。
  29. 如申請專利範圍第25項所述之發光二極體，其中在該i層量子阻障層中，最靠近該P型半導體層的量子阻障層的厚度T1為6nm至15nm之間。
  30. 如申請專利範圍第25項所述之發光二極體，其中 該些量子阻障層之材料包括AlxInyGa1-x-yN，其中0x1，0y0.3，且x+y1。
  31. 如申請專利範圍第25項所述之發光二極體，其中該些量子井層之材料包括AlmInnGa1-m-nN，其中0m<1，0n0.5，m+n1，且x>m,n≧y。
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