CN204407349U - 一种氮化镓基发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种氮化镓基发光二极管结构，包括：衬底、缓冲层、未掺杂GaN层、第一N型GaN层、N型电子阻挡层、第二N型GaN层、量子阱发光层和P型GaN层，还包括位于第二N型GaN层上的N电极和位于P型GaN层上的P电极，其特征在于：所述N电极位于所述InGaN/GaN超晶格结构层形成的接触面上，InGaN/GaN超晶格结构层作为N型接触层，此外，超晶格结构层具有穿透效应，可以降低介于衬底和量子阱发光层之间的N型层的串联电阻值和N型层的接触电阻，使得LED器件的操作电压降低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发光二极管，尤其涉及一种氮化镓基发光二极管。
背景技术
氮化镓（GaN）基发光二极管（Light Emission Diodes，LED）因其高亮度、低能耗、寿命长等优点，在照明、交通信号灯、显示屏、背光源等领域得到广阔应用，LED白光照明产品将逐渐取代白炽灯，成为21世纪的绿色能源。
参看附图1，目前传统GaN基发光二极管主要是在蓝宝石衬底上依次外延生长GaN缓冲层、未掺杂GaN层、第一N型GaN层、第二N型GaN层、量子阱发光层和P型GaN，通常Si作为N型掺杂剂提供电子，Mg作为P型掺杂剂提供电洞。当Si杂质浓度增大形成高掺杂N型GaN时（即Si浓度大于1×1019/cm3)会导致此层的缺陷较多，影响LED的出光效率。
同时，在外加电场的作用下，电子与空洞复合，但电流从N电极流向P电极时会偏向较近的路线，这样会造成部分电流密度过大，进而形成“电流拥挤”现象，整个外延层电流分布不均匀，造成LED的驱动电压较高，亮度偏低。
发明内容
针对上述问题，本实用新型提出一种氮化镓基发光二极管，包括：衬底、缓冲层、未掺杂GaN层、第一N型GaN层、N型电子阻挡层、第二N型GaN层、量子阱发光层和P型GaN层，还包括位于第二N型GaN层上的N电极和位于P型GaN层上的P电极，其特征在于：所述第二N型GaN层内部设有InGaN/GaN超晶格结构层，所述N电极位于所述InGaN/GaN超晶格结构层形成的接触面上，所述InGaN/GaN超晶格结构层作为N型接触层。
优选的，所述InGaN/GaN超晶格结构层为N型氮化物。
优选的，所述InGaN/GaN超晶格结构层，其中InGaN的厚度为1~10nm，GaN厚度为1~50nm。
优选的，所述InGaN/GaN超晶格结构层的循环数为2~50。
优选的，所述缓冲层为GaN结构层或AlN结构层或AlGaN结构层或AlGaN/GaN超晶格结构层。
优选的，所述N型电子阻挡层为AlGaN或AlGaN/GaN超晶格结构。
本实用新型至少具有以下有益效果：（1）InGaN/GaN超晶格结构层具有穿透效应，可以降低介于衬底和量子阱发光层之间的N型层的串联电阻值，同时，此插入层起到了电流扩展的作用，当电子通过此层时，需要经过能级的跃迁，降低自身能级，增加电流二维水平扩展能力，增加电子与空穴复合机率，降低LED器件的驱动电压，提高亮度。（2）电极设置于InGaN/GaN超晶格结构层形成的接触面上，InGaN/GaN超晶格结构层作为N型接触层，减低了N电极的接触电阻。
附图说明
附图用来作为对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1 为传统GaN基发光二极管结构。
图2 为本实用新型实施例之氮化镓基发光二极管结构。
图3 为本实用新型实施例之第二N型GaN层能带分布图。
图4为图2所示发光二极管的一个变形结构。
附图标注：1：图形化衬底；2：缓冲层；3：未掺杂GaN层；4：第一N型GaN层；5：N型电子阻挡层；6：第二N型GaN层；61：InGaN/GaN超晶格结构层；611：GaN势垒；612：InGaN势阱；613：InGaN/GaN超晶格结构层上表面；614：InGaN/GaN超晶格结构层下表面；7：量子阱发光层；8：P型GaN层；9：P电极；10：N电极。
具体实施方式
结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。
实施例
参见附图2，本实用新型提供的一种氮化镓基发光二极管结构，从上至下依次包括：衬底1、缓冲层2、未掺杂GaN层3、第一N型GaN层4、N型电子阻挡层5、第二N型GaN层6、量子阱发光层7、P型GaN层8、P电极9和N电极10。
衬底1可为氮化硅（SiC）、蓝宝石（Al2O3）、硅（Si）、氮化镓（GaN）或氧化锌（ZnO）衬底中的一种，本实施例优选蓝宝石图形化衬底1，图形化衬底1通过干法蚀刻或湿法蚀刻制成。
缓冲层2为GaN结构层或AlN结构层或AlGaN结构层或AlGaN/GaN超晶格结构层，本实施例优选通过物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）在衬底1上形成AlN缓冲层2。由于蓝宝石（Al2O3）与GaN之间存在较大的晶格差异，造成氮化镓基发光二极管底层晶格质量较差，通过PVD在衬底1上形成AlN缓冲层2，借助AlN减小蓝宝石（Al2O3）衬底1与GaN的晶格差异，来提高GaN的晶格质量。
采用外延生长设备MOCVD（Metal-organic Chemical Vapor Deposition）于缓冲层2上依次外延生长未掺杂GaN层3、第一N型GaN层4、N型电子阻挡层5、第二N型GaN层6、量子阱发光层7和P型GaN型8，然后通过光刻工艺制作P电极9和N电极10。N型电子阻挡层5为AlGaN或AlGaN/GaN超晶格结构。
在第二N型GaN层6内插入一具有穿透效应的InGaN/GaN超晶格结构层61，所述N电极位于所述InGaN/GaN超晶格结构层形成的接触面上，InGaN/GaN超晶格结构层作为N型接触层，通过光刻工艺制作的N电极位于InGaN/GaN超晶格结构层61的上表面613之上。
本实施例中，InGaN/GaN超晶格结构层61为N型氮化物层，N型杂质为硅（Si）或锡（Sn）或锗（Ge），N型杂质浓度为1×1018～3×1019/cm3，本实施例优选Si掺杂；所述InGaN的厚度为1~10nm，GaN厚度为1~50nm；InGaN/GaN超晶格结构层61的循环数为2~50。图3显示了第二N型GaN层能带分布图，由于Ga、In的带隙能级不同，在GaN和InGaN界面处形成具有势垒611与势阱612组成的能带分布，电子经过InGaN/GaN超晶格结构层61时需经过高低能级的跃迁，降低自身的势能，迫使电流经过InGaN/GaN超晶格结构层61时做二维水平扩展，增加了电流的横向扩展面积，降低LED器件的操作电压。
参考附图4，作为本实施例的变形实施方式，N电极也可以位于InGaN/GaN超晶格结构层上表面613与下表面614之间，进而降低N型层接触电阻和N型串联电阻。
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 (6)
1.一种氮化镓基发光二极管，包括：衬底、缓冲层、未掺杂GaN层、第一N型GaN层、N型电子阻挡层、第二N型GaN层、量子阱发光层和P型GaN层，还包括位于第二N型GaN层上的N电极和位于P型GaN层上的P电极，其特征在于：所述第二N型GaN层内部设有InGaN/GaN超晶格结构层，所述N电极位于所述InGaN/GaN超晶格结构层形成的接触面上，所述InGaN/GaN超晶格结构层作为N型接触层。
2.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管，其特征在于：所述InGaN/GaN超晶格结构层为N型氮化物层。
3.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管，其特征在于：所述InGaN/GaN超晶格结构层中InGaN的厚度为1~10nm，GaN厚度为1~50nm。
4.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管，其特征在于：所述InGaN/GaN超晶格结构层的循环数为2~50。
5.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管，其特征在于：所述缓冲层为GaN结构层或AlN结构层或AlGaN结构层或AlGaN/GaN超晶格结构层。
6.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管，其特征在于：所述N型电子阻挡层为AlGaN结构层或AlGaN/GaN超晶格结构层。
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