CN110137322A - 氮化物半导体发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氮化物半导体发光元件，包括：n‑型氮化物半导体层；p‑型氮化物半导体层；以及活性层，其设置于所述n‑型氮化物半导体层与所述p‑型氮化物半导体层之间；所述活性层包括至少一个由δ掺杂层、量子阱层及量子势垒层依次层叠构成的量子阱结构。该元件有利于抑制在发光层中发生穿透位错，提高发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，具体涉及一种具有多重量子阱结构的氮化物半导体发光元件。
背景技术
如图1所示，半导体发光二极管一般由分别以n-型和p-型掺杂的半导体层(1、3)、介于他们之间的活性层(2)构成。如果向n-型半导体层(1)和p-型半导体层(3)施加驱动电流，则电子和空穴分别从n-型半导体层(1)和p-型半导体层(3)注入活性层(2)，注入的电子和空穴在活性层(2)复合而发光。为了提高发光效率，在活性层(2)采用多重量子阱结构。多重量子阱结构是交替层叠阱层(21)与势垒层(23)的结构。
以GaN为基础的氮化物半导体发光元件，根据添加的铟(In)或Al的组成而释放多样颜色，因而广泛用作各种照明。在GaN基发光元件中，发光结构一般是在诸如蓝宝石基板(16)的不同种类基板上通过外延生长而形成。同种基板难以获得大面积，由于价格昂贵，应用于大量生产制品为时尚早。为了在作为不同种类基板的蓝宝石基板(16)上，实现使因晶格常数差异导致的缺陷最小化的同时使发光结构生长，首先，缓冲层(15)、粗糙层(roughlayer，17)及无掺杂半导体层(14)在基板(16)上形成后，在其上形成发光结构。发光结构的n-型半导体层(1)和p-型半导体层(3)分别以掺杂n-型和p-型杂质的nGaN和pGaN形成。活性层(2)以交替层叠InGaN和GaN的多重量子阱结构形成。在活性层(2)与p-型半导体层(3)之间，作为电子阻挡层(18)而可以配置有pAlGaN。
如上所述，尽管在诸如蓝宝石的不同种类基板上，为了使因晶格常数差异导致的缺陷最小化而形成缓冲层等，但在GaN层，为了消除因与不同种类基板的晶格常数差异而发生的应力而发生位错。这种位错在作为上级发光层的InGaN层诱发(induced)，生成穿透位错(threading dislocation)。在与穿透位错接近的位置，发生载流子局部化(carrierlocalization)，这是发光效率降低的原因之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化物半导体发光元件，该元件有利于抑制在发光层中发生穿透位错，提高发光效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种氮化物半导体发光元件，包括：
n-型氮化物半导体层；
p-型氮化物半导体层；以及
活性层，其设置于所述n-型氮化物半导体层与所述p-型氮化物半导体层之间；
所述活性层包括至少一个由δ掺杂层、量子阱层及量子势垒层依次层叠构成的量子阱结构。
进一步地，所述活性层包括由所述量子阱结构反复层叠构成的多重量子阱结构。
进一步地，所述量子阱结构为InN、InGaN、GaN的层叠结构。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：提供了一种具有在作为发光层的InGaN层下方配置的Inδ掺杂层(InN)的多重量子阱结构。该InN层由于消除了不同种类基板与在其上形成的薄膜间的晶格常数差异，抑制了在薄膜中发生的位错被诱导到发光层而生成穿透位错。因而，可以抑制在穿透位错附近生成的载流子局部化，提高发光效率。
附图说明
图1是现有技术中氮化物半导体发光元件的结构示意图。
图2是本发明实施例的结构示意图。
图1中：1、n-型半导体层，3、p-型半导体层，14、无掺杂半导体层，15、缓冲层，16、基板，17、粗糙层，18、电子阻挡层，21、势垒层，23、阱层。
图2中：10、氮化物半导体发光元件，110、n-型氮化物半导体层，120、活性层，121、δ掺杂层，122、量子阱层，123、量子势垒层，130、p-型氮化物半导体层，140、无掺杂半导体层，150、缓冲层，160、基板，170、粗糙层，180、电子阻挡层。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出一种新的量子阱结构。该量子阱结构可以抑制在发光层发生穿透位错，由此可以抑制在与穿透位错接近的位置发生的载流子局部化。一般而言，在GaN基半导体层，为了消除因与不同种类基板的晶格常数差异导致的应力而生成的位错的密度高。这种位错在发光层内生成穿透位错。在与穿透位错接近的部位，发生载流子局部化，这是降低发光效率的原因之一。本发明的量子阱结构包括在作为发光层的量子阱层下面配置的δ掺杂层。δ掺杂层抑制GaN层中的位错诱发发光层内的穿透位错。通过抑制穿透位错生成，可以抑制在与之接近的位置发生的载流子局部化，最终可以提高发光效率。δ掺杂层可以为Inδ层(InN)，在多重量子阱结构的各个量子阱结构中，可以配置于GaN层与发光层之间。因此，多重量子阱结构可以是InN/InGaN/GaN的结构反复连续层叠的结构。
图2是图示本发明优选实施例的氮化物半导体发光元件的剖面图。在图2中，用10整体表示本发明的氮化物半导体发光元件。氮化物半导体发光元件(10)包括基板(160)和发光结构。发光结构可以包括n-型氮化物半导体层(110)、活性层(120)及p-型氮化物半导体层(130)。
活性层(120)可以包括一个以上由δ掺杂层(121)、量子阱层(122)及量子势垒层(123)依次层叠的量子阱结构。优选地，本发明的氮化物半导体发光元件(10)可以是由多个所述量子阱结构反复连续层叠的多重量子阱结构。因此，在本发明可采用的多重量子阱结构中，δ掺杂层(121)/量子阱层(122)/量子势垒层(123)的结构反复连续层叠。δ掺杂层(121)配置于量子阱层(122)与下方的量子势垒层(123)之间，阻止量子阱层(122)与其下方的量子势垒层(123)直接接触。
如上所述，在活性层(120)的量子阱层(122)下面配置的δ掺杂层(121)，抑制GaN层的位错在作为发光层的量子阱层(122)中诱发穿透位错。特别是当n-型氮化物半导体层(110)在诸如蓝宝石的不同种类基板上形成时，为了消除因与基板(160)的晶格常数差异导致的应力而包含大量位错的可能性高。因此，在其上面形成的最下方的δ掺杂层(121)，抑制在其紧上方的量子阱层(122)中发生穿透位错的效率最高。
已知在与穿透位错接近的位置发生载流子局部化，这会降低发光效率。本发明的多重量子阱结构通过抑制在发光层中发生穿透位错，从而可以实现载流子局部化的控制，最终可以提高发光效率。
当在n-型氮化物半导体层(110)与量子势垒层(123)应用GaN时，δ掺杂层(121)可以为Inδ掺杂层(InN)。
本发明的氮化物半导体发光元件(10)可以还包括在基板(160)上形成的缓冲层(150)、粗糙层(170)及非掺杂半导体层(140)。活性层(120)的n-型氮化物半导体层(110)在非掺杂半导体层(140)上形成。另外，在活性层(120)与p-型氮化物半导体层(130)之间，可以配置有用于阻断电子的电子阻挡层(180)。
本发明的氮化物半导体发光元件(10)中应用的基板(160)如上面提到的，可以是诸如蓝宝石等的不同种类基板，但并非限定于此。
n-型氮化物半导体层(110)可以以如掺杂Si的具有AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)组成式的物质作为n-型杂质而形成。
p-型氮化物半导体层(130)可以以如掺杂Mg的具有AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)组成式的物质作为p-型杂质形成。
活性层(120)可以以具有InaGa1-aN (0≤a≤1)组成的物质形成。例如，量子阱层(122)可以应用InGaN，量子势垒层(123)可以应用GaN，而且，δ掺杂层(121)可以应用InN。量子阱层(122)可以具有互不相同的组成，量子势垒层(123)也可以具有互不相同的组成。电子阻挡层(180)可以应用pAlGaN。以上说明的薄膜可以利用诸如MOCVD(金属有机气相沉积)的公知的方法形成。
另外，在p-型氮化物半导体层(130)上，可以配置诸如ITO的透明电极层。可以包括与p-型氮化物半导体层(130)电气连接的p-型电极和与n-型氮化物半导体层(110)电气连接的n-型电极。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，包括：
n-型氮化物半导体层；
p-型氮化物半导体层；以及
活性层，其设置于所述n-型氮化物半导体层与所述p-型氮化物半导体层之间；
所述活性层包括至少一个由δ掺杂层、量子阱层及量子势垒层依次层叠构成的量子阱结构。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述活性层包括由所述量子阱结构反复层叠构成的多重量子阱结构。
3.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述量子阱结构为InN、InGaN、GaN的层叠结构。
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