氮化物半导体发光元件.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910436698.4 (22)申请日 2019.05.23 (71)申请人 福建兆元光电有限公司 地址 350109 福建省福州市闽侯县南屿镇 福州市生物医药和机电产业园区 (72)发明人 吴永胜张帆林新 (74)专利代理机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 代理人 丘鸿超蔡学俊 (51)Int.Cl. H01L 33/06(2010.01) H01L 33/32(2010.01) (54)发明名称 氮化物半导体发光元件 (57)摘要 本发明涉及一种氮化物半导。

2、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， 具有由多个势 垒层和多个阱层交替层叠的多重量子阱结构； 所 述多重量子阱结构在中间部位的阱层中具有至 少一个中间阱层， 所述中间阱层的带隙大于邻接 的其他阱层。 该元件有利于使空穴注入下级阱 层， 提高电子和空穴的复合率， 进而提高发光效 率。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 110120447 A 2019.08.13 CN 110120447 A 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。

3、-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， 具有由 多个势垒层和多个阱层交替层叠的多重量子阱结构； 所述多重量子阱结构在中间部位的阱层中具有至少一个中间阱层， 所述中间阱层的带 隙大于邻接的其他阱层。 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， 所述中间阱层的带隙分 别小于邻接的势垒层。 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， 所述中间阱层的铟含量 分别低于邻接的其他阱层。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110120447 A 2 氮化物半导体发光元件 技术领域 0001 本发明涉及发光二极。

4、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 0002 如图1所示， 发光二极管一般包括分别进行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)。 如果向n-型半导体层(1)和p-型半导体层(3)接入驱动电流， 则从 n-型半导体层(1)和p-型半导体层(3)分别向活性层(2)注入电子和空穴， 注入的电子和空 穴在活性层(2)中复合而释放光线。 未说明附图标记4是无掺杂半导体层， 5是缓冲层， 6是基 板。 0003 一般而言， 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 构如图1右侧带隙所示， 是交替层叠阱层(。

5、23)与势垒层(21)的结构。 阱层(23)与势垒层(21) 可以应用InGaN/GaN或InhighGaN/InlowGaN。 这种多重量子阱结构由于量子约束效果相对 较高， 因而电子与空穴的复合效率高。 0004 但是， 如上所述的传统型多重量子阱结构存在几个问题。 首先， 不是在多重量子阱 结构的所有阱层(23)实现发光。 来自p-型半导体层(3)的空穴只注入至上级阱层(23)， 在下 级阱层(23)不实现注入， 因而从上面起， 只有至注入有空穴的中间阱层实现发光。 另一问题 是由铟导致的结晶性低下问题。 在氮化物半导体发光元件中， 调节铟的含量， 获得希望的波 段， 即使在所述多重量子。

6、阱结构的形成方面， 也因铟含量而获得带隙差异。 铟由于蒸气压 低， 因而在较低温度下形成InGaN层。 在这种低温度下， 诸如氨的其他成分供应不充分， 因而 不易获得高品质膜。 特别是铟具有集中的倾向， 因而结晶性大幅变差。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种氮化物半导体发光元件， 该元件有利于使空穴注入下 级阱层， 提高电子和空穴的复合率， 进而提高发光效率。 0006 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， 具有由 。

7、多个势垒层和多个阱层交替层叠的多重量子阱结构； 所述多重量子阱结构在中间部位的阱层中具有至少一个中间阱层， 所述中间阱层的带 隙大于邻接的其他阱层。 0007 进一步地， 所述中间阱层的带隙分别小于邻接的势垒层。 0008 进一步地， 所述中间阱层的铟含量分别低于邻接的其他阱层。 0009 相较于现有技术， 本发明的有益效果是： 将带隙及铟含量与其他阱层不同的中间 阱层设置于多重量子阱结构的中间部位， 从而获得高电子/空穴复合率和良好的结晶性。 不 说明书 1/4 页 3 CN 110120447 A 3 同于未注入空穴而在下级阱层中不发光的传统多重量子阱结构， 本发明在多重量子阱结构 的中间。

8、部位配置带隙高于邻接的其他阱层的中间阱层， 来自p-型氮化物半导体层的空穴就 可以越过中间阱层而注入相对远离的下级阱层， 从而提高了电子和空穴的复合率， 进而提 高了发光效率。 另外， 将具有低于其他阱层的铟含量的中间阱层配置于中间部位， 可以缓解 铟的集中， 改善了结晶性。 附图说明 0010 图1是现有技术中氮化物半导体发光元件的结构示意图。 0011 图2是本发明实施例的结构示意图。 0012 图1中： 1、 n-型半导体层， 2、 活性层， 3、 p-型半导体层， 4、 无掺杂半导体层， 5、 缓冲 层， 6、 基板， 21、 势垒层， 23、 阱层。 0013 图2中： 10、 氮化。

9、物半导体发光元件， 110、 n-型氮化物半导体层， 120、 活性层， 130、 p-型氮化物半导体层， 121、 势垒层， 122、 中间阱层， 123、 阱层， 140、 无掺杂半导体层， 150、 缓 冲层， 160、 基板。 具体实施方式 0014 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。 0015 图2是本发明优选实施例的氮化物半导体发光元件的结构剖面图。 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)包括由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)构成的发光结构。 发光结构可以 层叠于。

10、基板(160)上。 另外， 如图中示例所示， 在基板(160)上形成缓冲层(150)和无掺杂氮 化物半导体层(140)后， 发光结构可以在无掺杂氮化物半导体层(140)上沉积。 发光结构在 无掺杂氮化物半导体层(140)上依次层叠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)而形成。 0016 本发明的氮化物半导体发光元件(10)采用的活性层(120)具有多重量子阱结构。 多重量子阱结构是由多个势垒层(121)和多个阱层(123)交替层叠的层叠结构。 图2中右侧 所示为本发明的氮化物半导体发光元件(10)的活性层(120)配备的多重量子阱结构的带 隙。 势。

11、垒层(121)的带隙大于阱层(123)， 阱层(123)介于势垒层(121)之间。 来自n-型氮化物 半导体层(110)的电子与来自p-型氮化物半导体层(130)的空穴注入阱层(123)并复合， 从 而实现发光。 多重量子阱结构在中间部位的阱层(123)中具有至少一个中间阱层(122)， 中 间阱层(122)的带隙大于邻接的其他阱层。 在图2中， 出于便利， 针对相应带隙， 称为势垒层 (121)、 阱层(123)及中间阱层(122)。 势垒层(121)带隙大于邻接的阱层(123)， 可以约束量 子。 位于阱层(123)中间的中间阱层(122)带隙大于邻接的其他阱层(123)。 另外， 各中间。

12、阱 层(122)带隙分别小于邻接的势垒层(121)。 0017 本发明氮化物半导体发光元件(10)采用的多重量子阱结构， 调节铟含量而获得带 隙差异。 如果铟含量低， 则带隙大， 如果铟含量高， 则带隙减小。 本实施例中， 中间阱层(122) 的铟含量分别低于邻接的其他阱层(123)。 0018 在这种本发明的氮化物半导体发光元件(10)采用的多重量子阱结构中， 空穴可以 越过中间阱层(122)而注入至其下方的阱层(123)， 因而提高了电子/空穴复合率。 这解决了 说明书 2/4 页 4 CN 110120447 A 4 在原有传统多重量子阱结构中， 实际上空穴只注入至中间部位的阱层(123。

13、)， 在其下方阱层 (123)中不注入空穴的问题。 因此， 可以解决在传统的多重量子阱结构中， 在不实现空穴注 入的下级阱中无法实现发光的问题。 进而， 本发明中采用的多重量子阱结构， 由于中间阱层 (122)在活性层(120)的中间地点， 铟含量比其他阱层(123)低， 因而缓解了铟集中， 使得可 以得到经提高的结晶性。 0019 在本发明的氮化物半导体发光元件(10)中， 多重量子阱结构的阱层(123)可以具 有互不相同的铟含量， 可以具有互不相同的带隙。 势垒层(121)也可以具有互不相同的铟含 量， 可以具有互不相同的带隙。 中间阱层(122)具有低于邻接的其他阱层(123)的铟含量、。

14、 大 于邻接的其他阱层(123)的带隙。 中间阱层(122)可以具有低于邻接的势垒层(121)的带隙。 0020 在本发明优选实施例中， 基板(160)可以应用蓝宝石、 SiC、 GaN等， 但并非限定于 此。 基板(160)可以应用氮化物半导体可生长的物质。 在基板(160)的上面， 可以形成有用于 防止在基板(160)上形成的半导体层的晶格缺陷的缓冲层(150)、 用于提高结晶性的无掺杂 氮化物半导体层(140)。 0021 n-型氮化物半导体层(110)可以以作为n-型杂质而掺杂如Si的具有AlxInyGa(1-x-y) N (0 x1、 0y1、 0 x+y1)组成式的物质形成。 00。

15、22 p-型氮化物半导体层(130)可以以作为p-型杂质而掺杂如Mg的具有AlxInyGa(1-x-y) N (0 x1、 0y1、 0 x+y1)组成式的物质形成。 0023 活性层(120)配置于n-型氮化物半导体层(110)与p-型氮化物半导体层(130)之 间。 如果向两侧半导体层(110、 130)接入电流， 则电子从n-型氮化物半导体层(110)向活性 层(120)供应， 空穴从p-型氮化物半导体层(130)向活性层(120)供应， 在活性层(120)复合 并发光。 活性层(120)可以以具有InaGa1-aN (0a1)组成的物质形成。 活性层(120)如上 所述， 可以为多重量。

16、子阱结构。 多重量子阱结构是例如由InGaN形成的多个阱层(123)与例 如由GaN形成的多个势垒层(121)交替层叠的层叠结构。 本发明中采用的多重量子阱结构包 括在阱层中位于中间的至少一个中间阱层(122)。 中间阱层(122)铟含量低于邻接的其他阱 层(123)而带隙大于邻接的其他阱层(123)。 中间阱层(122)的带隙可以小于邻接的势垒层 (121)。 0024 除图示的构成要素之外， 本发明的氮化物半导体发光元件(10)可以包括电子阻挡 层， 所述电子阻挡层配置于活性层(120)与p-型氮化物半导体层(130)之间， 阻止电子流入 p-型氮化物半导体层(130)。 另外， 在p-型。

17、氮化物半导体层(130)上可以配置有诸如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。 在图示的示例中， 包括用于n-型电极的台阶结构， 但本 发明的电极构成并非限定于此。 0025 如上所述的本发明氮化物半导体发光元件(10)， 从p-型氮化物半导体层(130)流 入活性层(120)的空穴可以越过中间阱层(122)， 流入位于其下级的阱层(123)， 从而在下级 阱层(123)中也可以实现电子/空穴复合。 如果鉴于在传统的多重量子阱结构中， 实质上只 在发生空穴流入的中间以上的上级阱层中实现基于电。

18、子/空穴复合的发光， 则提高在中间 阱层(122)的下级阱层(123)中的电子/空穴复合可能性， 不仅保障发光效率， 而且保障增大 发光均一性。 进而， 使位于多重量子阱结构中间部位的中间阱层(122)的铟含量不同于邻接 的其他阱层(123)， 从而阻止铟集中， 提高结晶性。 说明书 3/4 页 5 CN 110120447 A 5 0026 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。 说明书 4/4 页 6 CN 110120447 A 6 图1 图2 说明书附图 1/1 页 7 CN 110120447 A 7 。