CN103296163B

CN103296163B - 发光二极管

Info

Publication number: CN103296163B
Application number: CN201310061155.1A
Authority: CN
Inventors: 傅毅耕
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Lite On Technology Corp
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: CN103296163A

Abstract

本发明公开多种发光二极管，发光二极管包括蓝宝石基板、N型半导体层、有源层、P型半导体层、第一电极与第二电极。N型半导体层位于蓝宝石基板上。有源层具有缺陷密度为DD≥2×10⁷/cm³的活性区，有源层位于N型半导体层与P型半导体层之间。有源层发出的光波长λ满足222nm≤λ≤405nm，有源层包括i层的量子磊层及(i-1)层量子阱层。各量子阱层位于任意两层量子磊层之间，i为大于等于2的自然数。其中一种发光二极管的有源层中，掺杂N型杂质于量子磊层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2。第一电极与第二电极分别位于N型半导体层与P半导体层上。

Description

发光二极管

技术领域

本发明涉及一种发光二极管，特别是一种可提高发光效率的发光二极管(lightemittingdiode，简称LED)。

背景技术

发光二极管是一种半导体元件，主要是由III～V族元素化合物半导体材料所构成。因为这种半导体材料具有将电能转换为光的特性，所以对这种半导体材料施加电流时，其内部的电子会与空穴结合，并将过剩的能量以光的形式释出，而达成发光的效果。

一般而言，由于发光二极管中作为磊晶层材料的氮化镓的晶格常数与蓝宝石基板的晶格常数之间存在不匹配的问题，其晶格常数不匹配的程度约为16％，致使大量的缺陷产生于晶格生长的接面，进而导致发光强度大幅衰减。虽然发光二极管中因氮化镓的晶体生长过程中无可避免地具有一定的缺陷。然而，当发光二极管所发出的光波长为450nm时，由于已知晶格应力会释放在缺陷附近而形成铟自聚区域，当载子在移动到缺陷之前容易进入到铟自聚的区域，形成所谓的局部效应(localizedeffect)。由于铟自聚的区域存在量子局限效应而可提升载子的复合效率，因此即使氮化镓发光二极管因晶体生长工艺的限制而在活性区存在着高缺陷密度，但对于光波长450nm而言仍可维持一定程度的发光效率。

但是，当发光二极管的发光波段逐渐由蓝光移到紫外光波段时，由于有源层中的铟含量逐渐减少，使得铟自聚的形成区域也相对的变少，致使发光二极管中的载子容易移到缺陷处产生非辐射复合，导致发光二极管在近紫外光的发光效率大幅降低；再者，氮化物半导体本身存在着极化场效应导致有源层的能带弯曲，电子空穴对不易被局限在量子阱层里面，因而无法有效地辐射复合。此外，电子更容易溢流(overflow)到P型半导体层导致发光强度下降，再者，由于空穴的迁移率小于电子的迁移率，当空穴从P型半导体层注入到有源层时，大多数的空穴被局限在最靠近P型半导体层的量子阱层里面，不易均匀分布全部的量子阱层里面，导致发光强度下降，因此业界极力开发具有高发光强度的发光二极管。

发明内容

本发明提出一种发光二极管，其通过使量子磊层中掺有N型杂质的量子磊层的层数符合特定比例，可提升发光二极管在222nm～405nm发光波段的发光效率。

本发明提出另一种发光二极管，其通过使掺杂有N型杂质的量子磊层中最靠近P型半导体者具有最小的掺杂浓度，可提升发光二极管在222nm～405nm发光波段的发光效率。

本发明再提出一种发光二极管，其通过使掺杂有N型杂质的量子磊层的掺杂浓度满足特定关系，可提升发光二极管在222nm～405nm发光波段的发光效率。

本发明提出一种发光二极管，其包括基板、N型半导体层、有源层、P型半导体层、第一电极以及一第二电极。N型半导体层位于基板上。有源层具有一缺陷密度为DD的活性区，其中DD≥2×10⁷/cm³。位于N型半导体层的部分区域上，有源层发出的光波长λ满足222nm≤λ≤405nm，有源层包括i层的量子磊层以及(i-1)层量子阱层，各量子阱层位于任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂N型杂质于量子磊层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2。P型半导体层位于有源层上。第一电极位于N型半导体层的部分区域上，且第二电极位于P半导体层的部分区域上。

本发明提出另一种发光二极管，其包括基板、N型半导体层、有源层、P型半导体层、第一电极以及第二电极。N型半导体层位于基板上。有源层具有一缺陷密度为DD的活性区，其中DD≥2×10⁷/cm³。有源层位于N型半导体层的部分区域上且发出的光波长λ满足222nm≤λ≤405nm，有源层包括i层的量子磊层以及(i-1)层量子阱层，各量子阱层位于任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂N型杂质于量子磊层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2。P型半导体层位于有源层上，且k层量子磊层中最靠近P型半导体的量子磊层的掺杂浓度小于等于k层量子磊层中其他量子磊层的掺杂浓度。第一电极位于N型半导体层的部分区域上，且第二电极位于P半导体层的部分区域上。

本发明再提出一种发光二极管，其包括基板、N型半导体层、有源层、P型半导体层、第一电极以及第二电极。活性区具有一缺陷密度DD，其中DD≥2×10⁷/cm³。N型半导体层位于基板上。一有源层，位于N型半导体层的部分区域上，有源层发出的光波长λ满足222nm≤λ≤405nm，有源层包括i层的量子磊层以及(i-1)层量子阱层，各量子阱层位于任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂N型杂质于量子磊层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2，k层量子磊层的掺杂浓度为5×10¹⁷/cm³至1×10¹⁹/cm³。P型半导体层位于有源层上。第一电极以及一第二电极，其中第一电极位于N型半导体层的部分区域上，且第二电极位于P半导体层的部分区域上。

基于上述，本发明的发光二极管中，通过使有源层中掺有N型杂质的量子磊层的层数符合特定关系、或通过使有源层的掺杂有N型杂质的量子磊层中最靠近P型半导体者具有最小的掺杂浓度、或通过使掺杂有N型杂质的量子磊层的掺杂浓度满足特定关系，使得N型杂质可以抚平缺陷对载子的影响，提升发光二极管的载子的复合效率，因此本发明的发光二极管通过上述任一技术手段即可大幅地提升发光二极管在222nm～405nm发光效率。

本发明提出一种发光二极管，其通过在最靠近P型半导体层的三层量子磊层中，使最靠近P型半导体层的量子磊层大于其余两层量子磊层的厚度，可使电子空穴对均匀分布在有源层的量子磊层中，由此可提升发光二极管在222nm～405nm发光波段的发光强度。

本发明提出另一种发光二极管，其通过使最靠近P型半导体层的三层量子磊层的厚度符合特定关系，可使电子空穴对均匀分布在有源层的量子磊层中，由此可提升发光二极管在222nm～405nm发光波段的发光强度。

本发明提出一种发光二极管，其包括一基板、一N型半导体层与一P型半导体层、一有源层以及一第一电极以及一第二电极。N型半导体层位于基板与P型半导体层之间。有源层位于N型半导体层以及P型半导体层之间，有源层发出的光波长λ满足222nm≤λ≤405nm，有源层包括i层的量子磊层以及(i-1)层量子阱层，各量子阱层位于任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，i层中各量子磊层的厚度自P型半导体侧起算依序为T₁、T₂、T₃...T_i，其中T₁大于T₂与T₃或T₁＞T₂＝T₃。第一电极位于N型半导体层的部分区域上，且第二电极位于P半导体层的部分区域上。

本发明提出另一种发光二极管，其包括一基板、一N型半导体层与一P型半导体层、一有源层以及一第一电极以及一第二电极。N型半导体层位于基板与P型半导体层之间。有源层位于N型半导体层以及P型半导体层之间，有源层发出的光波长λ满足222nm≤λ≤405nm，有源层包括i层的量子磊层以及(i-1)层量子阱层，各量子阱层位于任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，i层中各量子磊层的厚度自P型半导体侧起算依序为T₁、T₂、T₃...T_i，其中i层量子磊层中厚度满足：T₁＝T₂＞T₃或T₁＞T₂＞T₃。。第一电极与第二电极分别位于N型半导体层的部分区域上与P半导体层的部分区域上。

基于上述，本发明的发光二极管中，通过在最靠近P型半导体层的三量子磊层中，使最靠近P型半导体层的量子磊层大于其余两层量子磊层的厚度，或通过使有源层中量子磊层的厚度符合特定关系，通过上述任一技术手段，可增加电子空穴对均匀分布在有源层里，增加电子空穴对复合机率，因此本发明的发光二极管通过上述任一技术手段即可大幅地提升发光二极管在222nm～405nm发光强度。

附图说明

图1为本发明的一实施例中一种发光二极管的剖面示意图；

图2A为本发明一实施例的发光二极管中一种单一量子阱有源层的剖面示意图；

图2B为本发明一实施例的发光二极管中一种多重量子阱有源层的剖面示意图；

图3为发光二极管的有源层的放大剖面示意图；

图4A显示了本发明的发光二极管的比较例；

图4B显示了本发明的发光二极管的实施例；

图5A至图5D分别表示当改变图3的掺杂量子磊层的层数时，仿真对发光二极管的电子浓度的关系图；

图6A至图6D分别表示当改变图3的掺杂量子磊层的层数时，仿真对发光二极管的空穴浓度的关系图；

图7A至图7D分别表示当改变图3的掺杂量子磊层的层数时，仿真对发光二极管的电子空穴复合机率的关系图；

图8A至图8D分别表示当改变图3的掺杂量子磊层的层数时，仿真对发光二极管的非辐射复合机率的关系图；

图9A为发光二极管的量子磊层中不同掺杂层数对电流-光输出功率曲线的关系图；

图9B为发光二极管的量子磊层中不同掺杂层数对电流-电压曲线的关系图；

图10A为发光二极管中的量子磊层中不同掺杂浓度对电流-光输出功率曲线的关系图；

图10B为发光二极管的量子磊层中不同掺杂浓度对电流-电压曲线的关系图；

图11A至图11C分别为本发明一实施例中几种发光二极管的结构设计图；

图12为图11A至图11C中各发光二极管的发光强度仿真图；

图13A至图13C分别表示图11A至图11C中各发光二极管的电子与空穴浓度仿真图；

图14A与图14B分别为图11B与图11C中的发光二极管的能带仿真图；

图15为图11A至图11C中各发光二极管的电子电流密度仿真图；

图16为表2的各发光二极管中光输出曲线对注入电流图；

图17为本发明的发光二极管的一种实施方式；

图18为本发明的发光二极管的另一种实施方式；

图19为本发明的发光二极管的再一种实施方式。

【主要元件符号说明】

200、200A-200I、I-IX：发光二极管

210：基板

212：氮化物半导体披覆层

220：N型半导体层

222：第一N型掺杂氮化镓层

224：第二N型掺杂氮化镓层

230：有源层

230A：单一量子阱有源层

230B：多重量子阱有源层

232、232a、232b、232c、232d、232e、232f：量子磊层

234、234a、234b、234c、234d、234e：量子阱层

240：P型半导体层

242：第一P型掺杂氮化镓层

244：第二P型掺杂氮化镓层

250：第一电极

260：第二电极

T₁、T₂、T₃、…、T_i：量子磊层的厚度

310：接触层

320：反射层

330：接合层

340：承载基板

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明的一实施例中一种发光二极管的剖面示意图。

请参照图1，发光二极管200包括基板210、N型半导体层220、有源层230、P型半导体层240、以及第一电极250与第二电极260，而基板210例如是蓝宝石基板。具体来说，于蓝宝石基板210的一表面上依序形成氮化物半导体披覆层212(例如是未掺杂的氮化镓)、N型半导体层220、有源层230以及P型半导体层240的叠层，有源层230位于N型半导体层220与P型半导体层240之间，N型半导体层220可包含依序位于氮化物半导体披覆层212上的第一N型掺杂氮化镓层222以及第二N型掺杂氮化镓层224的叠层，P型半导体层240可包含依序位于有源层230上的第一P型掺杂氮化镓层242以及第二P型掺杂氮化镓层244的叠层，其中第一N型掺杂氮化镓层222与第二N型掺杂氮化镓层224之间、或者第一P型掺杂氮化镓层242与第二P型掺杂氮化镓层244之间的差异可为厚度不同或是掺杂浓度不同。此外，N型半导体层220与P型半导体层240的材料例如为氮化铝镓，在此领域的技术人员可以依实际需求来选择所生长的氮化物半导体披覆层212、第一N/P型掺杂氮化镓层222、242、第二N/P型掺杂氮化镓层224、244的厚度、掺杂浓度和铝含量，本发明并不以此为限。

详言之，如图1所示，于蓝宝石基板210上依序形成氮化物半导体披覆层212(例如是未掺杂(un-doped)的氮化镓)、第一N型掺杂氮化镓层222以及第二N型掺杂氮化镓层224、有源层230、第一P型掺杂氮化铝镓层242以及第二P型掺杂氮化镓层244，并且再分别于第二N型掺杂氮化镓层224和第二型P型掺杂氮化镓层244表面的部分区域上形成第一电极250与第二电极260，以使第一电极250电性连接N型半导体层220，并使第二电极260电性连接P型半导体层240。当然，亦可于蓝宝石基板与N型半导体之间增设一一层氮化物缓冲层，本发明并不以此为限。

有源层230的构成型态例如为图2A与图2B所示，其可为单一量子阱有源层230A或是多重量子阱有源层230B。图2A为本发明一实施例的发光二极管中一种单一量子阱有源层的剖面示意图，而图2B为本发明一实施例的发光二极管中一种多重量子阱有源层的剖面示意图。一般来说，有源层包括i层的量子磊层以及(i-1)层量子阱层，且各量子阱层夹置于任意两层量子磊层之间，因此i为大于等于2的自然数。例如，如图2A所示，单一量子阱有源层230A可由两量子磊层232以及夹于其间的一量子阱层234所构成，而构成量子磊层232/量子阱层234/量子磊层232。以222nm～405nm发光波段的发光二极管200为例，量子阱层234的材料例如是Al_mIn_nGa_1-m-nN，其中0≤m＜1，0≤n≤0.5，m+n≤1，且x＞m，n≥y，而量子磊层232的材料例如是Al_xIn_yGa_1-x-yN，其中0≤x≤1，0≤y≤0.3，且x+y≤1，在所属领域的技术人员可针对不同发光波段等实际需求来选择所生长的m、n的含量、或x、y含量，本发明并不以此为限。

另外，有源层的构成型态亦可如图2B所示的多重量子阱有源层230B的型态。如图2B所示，多重量子阱有源层230B可由量子磊层232与量子阱层234的至少两对叠层所构成，如图2B中所显示的三对量子磊层232/量子阱层234重复的叠层。

值得注意的是，本发明的发光二极管200通过有源层230中对量子磊层232进行N型杂质的掺杂工艺，改变量子磊层232中掺杂量子磊层232的层数、掺杂浓度、以及不同掺杂量子磊层232中的掺杂浓度分布来提升发光二极管200于222nm～405nm波段的发光效率。具体来说，虽然氮化镓的生长技术中因工艺的限制而存在着一定的缺陷密度，但即使发光二极管200中的有源层230存在10⁷的等级，通过调节量子磊层232中掺杂量子磊层232的层数、掺杂浓度等，即可通过有目的地(intentionally)掺杂N型杂质来降低活性区的缺陷密度对载子的影响，有效地提升发光效率。尤其是，特别是对于有源层230所发出的波长范围为222nm至405nm波段的光线更具有显著的提升效果。

以下将以实验结果来辅助说明发明人所提出的本发明的发光二极管200的功效。在以下实施例中，是以硅作为N型杂质为实施范围，但本领域的技术人员亦可使用与硅属同族的IVA族中的其他元素来代替实施例中的硅，或着可选用V或着VIA族的元素来代替实施例中的硅，例如氧，只要可做为取代IIIA族的铝、铟、镓元素，可提供出电子做为N型掺杂，同样可以实现本发明。

图3为发光二极管的有源层的放大剖面示意图。如图3所示，本实施例的有源层230包括六层量子磊层与五层量子阱层，且各量子阱层夹位于任意两层量子磊层之间。量子磊层自N型半导体侧起算依序为232a、232b、232c、232d、232e、232f，而量子阱层，其自N型半导体侧起算依序为量子阱层234a、234b、234c、234d、234e。

图4A表示作为本发明的发光二极管比较例的光学仿真图，而图4B表示本发明的发光二极管的光学仿真图，其中图4A与图4B中的缺陷密度设定为1×10⁸/cm³。请先参照图4A，图4A为发光二极管中改变量子磊层232a～232f的掺杂量子磊层的层数与发光波长为450nm附近波段的发光强度的关系图，请同时参照图3与图4A，横轴表示发光波长(单位：纳米)，纵轴为发光强度(单位：a.u.)，而不同的线段A、B、C、D中斜线前后的数字分别代表如图3所示的量子磊层232a～232f中有掺杂量子磊层与未掺杂量子磊层的层数，并且掺杂的层数是以自N型半导体层220侧起算。例如，线段A中的6/0代表六层量子磊层232a～232f全部掺杂，线段B中的4/2代表靠近N型半导体层220侧的四层量子磊层232a～232d为掺杂量子磊层，而未掺杂量子磊层232e～232f的层数为二层，线段C中的2/4代表靠近N型半导体层220侧的二层量子磊层232a～232b为掺杂量子磊层，且未掺杂量子磊层232c～232f的层数为四层，而线段D中的0/6代表六层量子磊层232a～232f全部未掺杂。如图4A所示，结果显示增加掺杂量子磊层的层数反而降低发光二极管在450nm附近波段的发光效率。

相对于此，当增加量子磊层232的掺杂量子磊层的层数时，可以有效地提升发光二极管在222nm～405nm波段的发光强度。详细而言，图4B为发光二极管中改变量子磊层的掺杂量子磊层的层数与发光波长为365nm附近波段的发光强度的关系图，图4B中有关横轴、纵轴、以及线段的定义与图4A类似，除了图4B是表示主峰为365nm附近的222nm～405nm范围的发光波段。如图4B所示，结果显示增加掺杂量子磊层232的层数有助于提升发光二极管在222nm～405nm波段的发光效率。

发明人依据前述图4A与图4B的结果推论，当发光二极管所发出的发光波段在450nm附近时，由于量子阱存在较强的局部效应(localizedeffect)，使得载子不易受到缺陷密度的影响，因此于量子磊层中掺杂N型杂质，并无法增强450nm附近的发光强度，过多的掺杂反而会造成载子溢流现象发生因而降低发光强度，如图4A所示。然而，对于发光波段在365nm附近的发光二极管而言，于量子磊层中掺杂N型杂质的效应却与发光波段在450nm附近的发光二极管完全相反。

详言之，如图4B所示，当发光二极管所发出的发光波段在主峰为365nm附近的222nm～405nm的发光波段时，由于量子阱的局部效应减弱，使得载子受到缺陷密度的影响增强，而于既定的量子磊层中掺杂N型杂质(例如硅)有助于补偿缺陷密度对载子的影响，换言之，N型杂质也可以提供电子作为辐射复合之用，因此可有效地提升发光二极管在222nm至405nm发光波段的发光效率。此处所谓的N型杂质为从外界有目的的提供可作为取代III族元素的IV族杂质。如图4B所示，222nm至405nm发光波段的发光强度随着掺杂量子磊层的层数增加而增加，尤其当掺杂量子磊层的层数k与量子磊层的总数i满足下述关系式时，发光效率提升的效果显著：当i为偶数时，k≥i/2；当i为奇数时，k≥(i-1)/2。

为了进一步验证上述推论，针对222nm至405nm发光波段的发光二极管，进一步以图5A至图8D来分别表示当改变图3的掺杂量子磊层232的层数时，仿真对发光二极管电子浓度、空穴浓度、电子空穴复合机率、以及非辐射复合机率的关系图，其中图5至图8横轴代表与基板表面的距离(单位：纳米)，而图5至图8中的A、B、C、D图分别代表掺杂量子磊层与未掺杂量子磊层的层数，其定义与图4A、4B中线段A～D相同，不再赘述。

由图5A至图5D的电子浓度仿真图可知，当掺杂量子磊层的层数越多时，其电子浓度逐渐增加。由图6A至图6D的空穴浓度仿真图可知，当掺杂量子磊层的层数越多时，其空穴浓度逐渐减少，其中又以全部量子磊层均不掺杂时的整体空穴浓度最高。由图7A至图7D的电子空穴复合机率仿真图可知，虽然量子磊层全部掺杂时的整体空穴分布较均匀，理应图7D的量子磊层全部不掺杂的发光二极管具有较高的电子空穴复合机率，然而，由图7A至图7D的趋势可知，图7A的全部量子磊层232均掺杂时的电子空穴复合机率最高，反而图7D的全部量子磊层均不掺杂时的电子空穴复合机率最低。因此，图7A至图7D亦可验证N型杂质可以提供电子作为辐射复合之用，因此可有效地提升发光二极管在222nm至405nm发光波段的发光效率的推论。再者，由图8A至图8D的电子空穴非辐射复合机率仿真图可知，图8A的全部量子磊层均掺杂时的非辐射复合机率最低，而图8D的全部量子磊层均不掺杂时的电子空穴非辐射复合机率最高，结合图7A至图7D以及图8A至图8D的结果可知，于量子磊层中掺杂N型杂质可以提供电子，使提高电子空穴辐射复合机率，而有效地提升发光效率，同时降低电子空穴以热等非发光型态的非辐射复合机率，同样可验证N型杂质可以提升发光二极管在222nm至405nm发光波段的发光强度的推论。

表1中记载当发光二极管中的有源层的结构如图3所示时，发光二极管在不同电流下的发光强度表现、以及顺向电压表现随着掺杂量子磊层与未掺杂量子磊层的层数而改变，其中在表1的实验中，各掺杂量子磊层的掺杂浓度C₁、C₂、...C_k例如均为2×10¹⁸/cm³，而在本发明发光波长为365nm实施例中，量子阱层的材料是In_cGa_1-cN，其中0≤c≤0.05，量子磊层的材料是Al_dGa_1-dN，d为0至0.25之间，在本实施例中，铝含量最佳值是0.09～0.20之间，量子磊层的厚度例如为5nm～15nm，在本实施例中，厚度较佳为6nm～11nm。并且，将表1的结果显示于图9A与图9B中，其中图9A显示了发光二极管的量子磊层中不同掺杂层数对电流-光输出功率曲线的关系图，而图9B显示了发光二极管的量子磊层中不同掺杂层数对电流-电压曲线的关系图。

表1

由表1及图9A的结果可知，发光二极管200A～200E的光输出功率随着在既有量子磊层中掺杂量子磊层数的增加而提升。详言之，首先当不掺杂N型杂质时候，其掺杂浓度为0，但其氮化镓材料会有其本身背景掺杂浓度，浓度会依不同磊晶技术或者不同磊晶质量而有所差异，此实施例中，由于量测不到本身背景掺杂浓度，因此未掺杂的浓度以N.A.来表示，此时当六层量子磊层中均未掺杂N型杂质(例如硅)时的光输出功率为9.5mW(发光二极管200A)。当六层量子磊层中有两层掺杂N型杂质时(例如对图3所示量子磊层232a～232f中有目的地掺杂最靠近N型半导体220的两层量子磊层232a～232b)，发光二极管200B的光输出功率可由均未掺杂的9.5mW提升至10.6mW，更佳的是，当六层量子磊层232中有四层掺杂量子磊层232时(如有目的地掺杂图3中最靠近N型半导体220的四层量子磊层232a～232d)，发光二极管200C的光输出功率更可大幅度地由未掺杂的9.5mW提升到17.0mW，提升为原来的两倍，因此当掺杂量子磊层232的层数k大于等于量子磊层232的总层数i的一半时，可有效地提升发光二极管200C的发光效率。此外，当掺杂五层量子磊层时，发光二极管200D的光输出功率为24.2mW，而当全部量子磊层232都掺杂时(如将图3中全六层量子磊层232a～232f均进行有目的的掺杂)，发光二极管200E的光输出功率可提升到31.1mW，提升为原来的将近三倍之多。

另外，由表1及图9B的结果可知，于量子磊层中掺杂N型杂质除可有效增加发光二极管200A的发光效率之外，更可降低量子磊层的阻值，进而降低发光二极管的顺向电压。例如顺向电压由全部量子磊层都未掺杂的4.36V下降到全部量子磊层都掺杂的4.14V。上述结果代表提高量子磊层中的掺杂层数可以补偿缺陷密度对发光二极管在222nm～405nm波段(主峰在365nm附近)的发光效率的影响。换言之，于量子磊层中所掺入的N型杂质能有效地提供电子作为辐射复合之用，降低非辐射复合等如热形式的能量释放，因此可有效的提升发光效率，上述实验结果再次验证了前述图5至图8的仿真结果。

因此，由上文可知，本发明的发光二极管可使有源层的量子磊层中掺有N型杂质的量子磊层的层数符合特定比例，由此来有效提升发光二极管在222nm～405nm波段的发光效率。尤其当掺杂量子磊层的层数k大于等于量子磊层的总层数i的一半时，发光效率提升的效果显著，具体来说，当i为偶数时，k≥i/2；当i为奇数时，k≥(i-1)/2。

下文进一步探讨掺杂量子磊层中N型杂质的掺杂浓度对发光二极管在222nm～405nm波段的发光效率的影响。

表2中记载当发光二极管中的有源层的结构如图3所示时，固定对靠近N型半导体层的四层量子磊层232a～232d进行掺杂，因此表2各实验例中的掺杂量子磊层232为四层，而另外靠近P型半导体层的量子磊层232e～232f未掺杂。表2中表示发光二极管的掺杂量子磊层中不同掺杂浓度对发光强度表现以及顺向电压表现的关系。并且，将表2的结果显示于图10A与图10B中，其中图10A显示了发光二极管中的量子磊层中不同掺杂浓度对电流-光输出功率曲线的关系图，而图10B显示了发光二极管的量子磊层中不同掺杂浓度对电流-电压曲线的关系图。

表2

由表2及图10A的结果并参照图3可知，发光二极管的光输出功率随着掺杂浓度的增加而提升，例如，如前述，当不掺杂N型杂质时，由于量测不到本身背景掺杂浓度，因此未掺杂的浓度以N.A.来表示，其光输出功率为9.5mW(发光二极管200A)；当四层掺杂量子磊层232a～232d的掺杂浓度为8×10¹⁷cm^-3时，发光二极管200F的光输出功率可由均未掺杂的9.5mW提升至11.8mW，更佳的是，当掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3时，发光二极管200G的光输出功率更可大幅度地由未掺杂的9.5mW提升到两倍的17.0mW，当掺杂浓度为4×10¹⁸cm^-3时，发光二极管200H的光输出功率为19.1mW，而当掺杂浓度为6×10¹⁸cm^-3时，发光二极管200E的光输出功率可提升到21.5mW。因此，由表2及图10A可推算出：当发光二极管的量子磊层中，掺杂层数超过总层数的一半，且掺杂浓度为5×10¹⁷/cm³至1×10¹⁹/cm³时，即可有效地提升发光二极管200F～200I的发光效率。

另外，由表2及图10B的结果可知，于四层掺杂量子磊层中当掺杂浓度为5×10¹⁷/cm³至1×10¹⁹/cm³时，N型杂质除可提升发光二极管的发光效率之外，更可降低量子磊层的阻值，进而降低发光二极管的顺向电压。例如发光二极管的顺向电压由掺杂浓度为0的4.36V下降到掺杂浓度为6×10¹⁸的4.09V。上述结果代表提高量子磊层232中N型杂质(例如硅)的掺杂浓度可以有效补偿缺陷密度对发光二极管在222nm～405nm波段的发光效率的影响。换言之，于量子磊层中所掺入的N型杂质能有效地提供电子作为辐射复合之用，降低非辐射复合等如热形式的能量释放，因此可有效的提升发光效率，上述实验结果同样再次验证了前述图5至图8的仿真结果。

值得一提的是，依据上述本发明的发光二极管200B～200I的实施例，亦可以选用IV、V和VIA族中的至少一元素来作为N型杂质，其同样可以达到提供电子作为辐射复合之用，由此可有效提升发光效率。此外，掺杂量子磊层中的掺杂浓度除了可如表1与表2般相等之外，亦可以使掺杂浓度具有梯度变化。举例来说，以量子磊层的总层数为6层，而掺杂量子磊层为6层中的4层为例，4层掺杂量子磊层的掺杂浓度自靠近N型半导体侧起算依序为C₁、C₂、...C_k，且C_k≤C_k-1，例如4层掺杂量子磊层232a～232d的掺杂浓度依序为6×10¹⁸cm^-3、5×10¹⁸cm^-3、4×10¹⁸cm^-3、3×10¹⁸cm^-3，换言之，掺杂量子磊层的掺杂浓度变化是从靠近N型半导体侧的第一层量子磊层232a渐减至最靠近P型半导体侧的第四层232d，如此，同样可以使得所掺入的N型杂质有效地提供电子作为辐射复合之用，由此可有效的提升发光效率。

再者，掺杂量子磊层中掺杂浓度C₁至C_k的梯度变化亦可以是自靠近N型半导体侧起算依序为6×10¹⁸cm^-3、7×10¹⁸cm^-3、8×10¹⁸cm^-3、6×10¹⁸cm^-3，换言之，其掺杂浓度变化可为中间层数掺杂浓度大于最靠近N型半导体和最靠近P型半导体的型态。另外，掺杂量子磊层中掺杂浓度的梯度变化还可以是自靠近N型半导体侧起算依序为6×10¹⁸cm^-3、5×10¹⁸cm^-3、8×10¹⁸cm^-3、6×10¹⁸cm^-3。总而言之，只要最靠近P型半导体层的掺杂量子磊层的掺杂浓度小于等于该k层掺杂量子磊层中其他量子磊层的掺杂浓度，即可使所掺入的N型杂质有效地提供电子作为辐射复合之用，由此可有效的提升发光效率。

综上所述，本发明的发光二极管中，通过使有源层中掺有N型杂质的量子磊层的层数符合特定关系、或通过使有源层的掺杂有N型杂质的量子磊层中最靠近P型半导体者具有最小的掺杂浓度、或通过使掺杂有N型杂质的量子磊层的掺杂浓度满足特定关系，使得N型杂质可以抚平氮化镓的缺陷对载子的影响，提升发光二极管的载子的复合效率，因此本发明的发光二极管通过上述任一技术手段即可大幅地提升发光二极管在222nm～405nm波段的发光效率。

此外，本发明的发光二极管的实施方式不限于前述所显示的方式，亦可以为水平电极配置或垂直电极配置，均可实现本发明，因此不亦此为限。

本发明的第二实施方式另提出以下几种发光二极管。

图11A至图11C分别为本发明一实施例中几种发光二极管的结构图，横轴代表发光二极管中堆叠位置关系中各量子磊层的位置，纵轴代表相对导电带能级图，其各量子磊层的上方标示其厚度变化(厚度单位：纳米)。

图11A的发光二极管200A表示发光二极管中量子磊层232a～232f的厚度均相同的结构，图11B的发光二极管200B表示发光二极管中量子磊层232a～232f的厚度由P型半导体层240往N型半导体层220递增的结构，图11C的发光二极管200C为量子磊层232a～232f的厚度由P型半导体层240往N型半导体层220递减的结构。

图12进一步显示了图11A至图11C中各发光二极管的发光强度仿真图。如图12所示，量子磊层232a～232f的厚度由P型半导体层240往N型半导体层220递减的发光二极管200C的发光强度高于量子磊层232a～232f厚度相等的发光二极管200A、亦高于量子磊层232a～232f的厚度由P型半导体层240往N型半导体层220递增的发光二极管200B。其中，发光强度又以量子磊层232a～232f的厚度由P型半导体层240往N型半导体层220递增的发光二极管200B最弱。

进一步探究发光二极管200A～200C中量子磊层厚度变化对发光强度影响的机制。

图13A至图13C分别表示图11A至图11C中各发光二极管的电子与空穴浓度仿真图，横轴表示膜层堆叠距离基板的位置(单位：纳米)，其中位置2060纳米处为靠近P型半导体层240侧，而位置2000纳米为靠近N型半导体层220侧，粗线与细线则分别表示电子浓度与空穴浓度(单位：cm^-3)。

发明人依据前述图11A至图11C、图12以及图13A至图13C的结果，推论量子磊层的厚度变化对发光二极管发光强度的影响机制如下。

请同时参照图11B与图13B所示，对于发光二极管200B的电子迁移而言，当量子磊层232a～232f厚度从P型半导体层240往N型半导体层220递增时，由于电子的迁移从N型半导体层220注入并穿越各量子磊层232a～232f而往P型半导体层240迁移，因此当量子磊层232a～232f的厚度由N型半导体层220向P型半导体层240逐渐变薄时，将使电子更容易往P型半导体层240移动，使得最靠近P型半导体层240的量子阱层234a的电子浓度过高。

另一方面，对于发光二极管200B的空穴迁移而言，如图13B搭配图11B所示，虽然靠近P型半导体层240的量子磊层232a厚度较薄，使得空穴更容易地往N型半导体层220移动。然而，如前述，由于在最靠近P型半导体层240的量子阱层234a中存在着过多的电子，使得电子产生溢流现象，而非在量子阱层中复合，导致电子与空穴无法有效地产生辐射复合，使得整体空穴注入的浓度下降而导致发光强度降低。

另一方面，请同时参照图11C与图13C所示，对于发光二极管200C的电子迁移而言，当量子磊层232a～232f厚度从N型半导体层220往P型半导体层240递增时，由于电子的迁移从N型半导体层220注入在穿越量子磊层232a～232f后往P型半导体层240移动，量子磊层232的厚度逐渐变厚可以稍稍减缓电子往P型半导体层240移动的趋势，如此一来，可以使得电子浓度均匀地分布在有源层230的各量子阱层234a～234e中。此外，发光二极管200C通过量子磊层232a～232f厚度由N型半导体层220至P型半导体层240逐渐变厚的结构，由此，发光二极管200C的电子可以避免如发光二极管200B般聚集于最后一个量子阱层234a中的现象，因此整体电子注入浓度不会受到最后一个量子阱层234a中电子过剩而产生溢流效应的影响。

另一方面，对于发光二极管200C的空穴迁移而言，如图13C搭配图11C所示，当空穴从P型半导体层240注入到最靠近P型半导体层240的量子阱层234(如图11C中的量子阱层234a)时候，由于量子磊层232a～232f的厚度由P型半导体层240往N型半导体层220变薄，因此有利于空穴注入到下一个量子阱层234a～234e中。如此一来，相较于发光二极管200A与发光二极管200B，发光二极管200C的空穴浓度在量子阱层234中的分布较为均匀，使得发光二极管200C的结构会有最佳的发光强度。

图14A与图14B分别为图11B与图11C中的发光二极管的能带仿真图，其中横轴的定义与图13A至图13C相同。如图14A搭配图11B所示，当最靠近P型半导体层240的量子磊层232a厚度变薄的情况下，其导电带低于以虚线表示的费米能级，此现象会使得最靠近P型半导体层240的量子阱层234a不具局限的效应，电子将会溢流到P型半导体层240中。

另一方面，如图14B搭配图11C所示，发光二极管200C最靠近P型半导体层240的量子磊层232a厚度较厚，使得导电带高于以虚线表示的费米能级，可使得最靠近P型半导体层240的量子阱层234a发挥适当的局限效应，避免电子溢流到P型半导体层240中而导致电子空穴非辐射复合降低发光强度的现象。

图15为图11A至图11C中各发光二极管的电子电流密度仿真图，其中横轴的定义与图13A至图13C相同，而纵轴为电子电流密度(单位：A/cm²)。请参照图8，发光二极管200B在P型半导体层240的电子电流密度高于发光二极管200A与发光二极管200C。这显示出发光二极管200B在存在电流溢流的现象。

表3为各量子阱层234的波函数重叠机率仿真图。

表3

请同时参照表3与图15，由于发光二极管200B的导电带低于费米能级造成最靠近P型半导体层240的量子阱层234a无法局限载子造成过多的电子溢流到P型半导体层240中，搭配图11B中亦可以一并地验证发光二极管200B在最靠近P型半导体层240的量子阱层234a中存在有过多电子浓度的现象。此外，由图15可知，发光二极管200B的电子溢流现象较严重，造成电子空穴对的波函数无法重叠进而复合发光。

由上述推论可知，当发光二极管200中量子磊层232的厚度变化如发光二极管200B般从N型半导体层220往P型半导体层240逐渐变薄的结构将无法有效地提升发光强度。相对地，当发光二极管200中量子磊层232的厚度变化如发光二极管200C般由N型半导体层220往P型半导体层240逐渐变厚时，电子和空穴浓度可有效地均匀分布在全部量子阱层234中，且此时电子空穴对的波函数重叠机率皆高于量子磊层232厚度均一化的发光二极管200A的波函数重叠机率，因此发光二极管200C在本实施例中有最佳的发光强度。

值得一提的是，在有源层230的量子磊层232中，发光二极管200的发光强度又较受到最靠近P型半导体层240的前几层量子磊层232厚度变化的影响。下文进一步探讨量子磊层232中厚度变化对发光二极管200在222nm～405nm波段的发光强度的影响。

表4中记载当发光二极管200中的有源层230的结构如图3所示时，改变不同位置的量子磊层232a～232f的厚度(单位：纳米)时，在350mA与700mA电流注入下发光强度的表现，其中各量子阱层234a～234e的厚度为3纳米。并且，在本实施例中，量子阱层234a～232f的材料例如是In_cGa_1-cN，其中0≤c≤0.05，而量子磊层232a～232f的材料例如是Al_dGa_1-dN，其中0≤d≤0.25，且较佳为0.09≤d≤0.20。

换言之，在本实施例中，有源层230中共有6层量子磊层232a～232f，其结构可参考图3，该6层中自P型半导体侧240起算的量子磊层232a～232f的厚度依序为T₁、T₂、T₃...T₆，即T₁为最靠近P型半导体侧240的量子磊层232a的厚度，而T₆(T_i，本实施例是以i＝6为例)为最靠近N型半导体侧220的量子磊层232f的厚度。

表4

由表4可知，发光二极管I在350mA电流注入下，其发光强度为17.0mW。由表4的结果并参照图3可知，在发光二极管200最靠近P型半导体层240的前三层量子磊层232a～232c中，当靠近P型半导体层240的量子磊层232a的厚度T₁大于较靠近N型半导体层220的量子磊层232b～232c的厚度T₂与T₃时，亦即当T₁大于T₂与T₃时，即可有效地提升发光二极管的发光强度。

具体而言，相较于发光二极管I，发光二极管II的发光强度大幅地降低至5.9mW，由于发光二极管II靠近P型半导体层240的量子磊层232a的厚度T₁较薄，而未能有效地将电子局限于量子阱层内，使得发光强度大幅下降局限，这与前述所推论的机制相符。

另一方面，发光二极管III将发光二极管I中间层的量子磊层232c、232d厚度T₃、T₄减薄之后，其发光强度可提升至24.0mW，这代表着当空穴在此厚度设计下更容易地往N型半导体层220注入到更多的量子阱层234a～234e。并且，如发光二极管IV，进一步将量子磊层232e、232f的厚度减薄后，其光输出功率更大幅提升到30.3mW。

此外，如发光二极管V，进一步将量子磊层232a～232f的厚度T₁由P型半导体层240渐减至N型半导体层220时，如表4中所载，T₁渐减至T₆，发光强度提升至约两倍的33.1mW。换言之，在发光二极管中，当最靠近P型半导体层240的三层量子磊层232中，其厚度满足T₁大于T₂与T₃的关系，即可有效地使空穴均匀地分布于有源层230的量子阱层中，并抑制电子的溢流现象，由此可有效地提升发光二极管的发光强度。

图16为表4的各发光二极管中光输出曲线对注入电流图。如表4以及图16可知，通过调节有源层230中量子磊层232a～232f的厚度可以达到提升发光二极管的光输出效率的效果，尤其是，对于空穴迁移率较具影响的最靠近P型半导体层240的三层量子磊层232a～232c而言，通过适当地调节这三层量子磊层232a～232c的厚度即可达到有效提升发光强度的效果。

具体来说，当有源层230中的i层中的量子磊层232的厚度满足T₁最厚时，即可达到提升发光二极管的发光强度的效果。

依据前述表4的结果可知，中间层的量子磊层的厚度，例如T₃、T₄，可比靠近N型半导体层220和靠近P型半导体层240量子磊厚度薄，如同发光二极管III所示可有效地提升光输出效率。另一方面，可将靠近N型半导体层220的量子磊层232的厚度小于靠近P型半导体层240量子磊层232a、232b的厚度，而使量子磊层232c～232f的厚度为一致，如同发光二极管IV所示，更可有效地提升光输出效率。并且，当量子磊层232厚度从P型半导体层240往N型半导体层220逐渐变薄，如同发光二极管V所示，发光强度为最佳。

依据发明人前述的实验结果以及推论机制可知，可通过使电子空穴对均匀地分布在有源层230的量子阱层中，并提高靠近P型半导体层240的量子磊层载子的局限效应来有效地提升发光二极管的发光效率。

以前述实验中六层量子磊层232为例，最靠近P型半导体层240的第一层量子磊层232a的厚度T₁要最大，而第二层量子磊层232b的厚度T₂要小于或等于第一层量子磊层232a的厚度T₁，由此可以使得最靠近P型半导体层240的第一层量子阱层有较佳的局限效应，避免电子的溢流效应，提升电子空穴的辐射复合效率。

由以上实验及推论可知，通过使最靠近P型半导体层240的第一层量子磊层232a的厚度T₁为最大，可以有效地避免电子的溢流效应，由此可提升电子空穴的辐射复合效率。因此在此领域的所属技术人员可以推知，当第二层量子磊层232b的厚度T₂等于第一层量子磊层232a的厚度T₁时，将可使得最靠近P型半导体层240的第一层量子阱层同时发挥较佳的局限效应，由此同样可达到避免电子溢流效应，以提升电子空穴的辐射复合效率的效果。

更进一步的说，第三层量子磊层232c的厚度T₃要在T₁～T₃之间是最薄的，如表4的发光二极管III～V，由此可利于空穴的注入，使空穴更有效地往N型半导体层220侧的量子阱层234注入，使空穴在有源层230中的分布更为均匀。此外，如表4的发光二极管I所示，当T₁＞T₂＝T₃时，相较于发光二极管II，可有效地提升光输出效率。另外，如表4的发光二极管IV与V所示，当T₆最靠近N型半导体侧的量子磊层的厚度T_i(本实施例i＝6，因此即为T₆)为最薄时，发光二极管IV与V在350mA与700mA电流注入下的发光强度表现优异，亦即通过在该i层量子磊层中，使最靠近该N型半导体层的厚度T_i为最薄，可有效地提升光输出效率。

以下进一步改变有源层中量子阱层以及量子磊层的层数，表5为改变有源层中量子阱层以及量子磊层的层数(六层、九层和十一层量子磊)以及改变不同位置的量子磊层的厚度(单位：纳米)时，在350mA与700mA电流注入下发光强度的表现，其中各量子阱层的厚度均为3纳米。换言之，在表5的结构栏中，各数字代表各层量子磊层232a～232i的厚度T₁～T_i，而在该栏中，由右往左的数字分别代表自P型半导体侧起算的量子磊层232a～232i的厚度依序为T₁、T₂、T₃...T_i。

表5

发光二

量子磊层

结构(T_i/.../T₃/T₂/T₁)

350mA下的发

700mA下的发

极管			光强度	光强度
					I	6	9/9/9/9/9/11	17.0	36.3
V	6	3/3/5/7/9/11	33.1	61.6
					VI	9	9/9/9/9/9/9/9/9/11	16.4	35.5
VII	9	2/3/3/5/5/7/7/9/11	24.7	46.8
					VIII	11	9/9/9/9/9/9/9/9/9/9/11	11.3	25.4
IX	11	2/2/3/3/3/5/5/7/7/9/11	20.7	39.2

由表4及表5的结果可知，不论有源层230中是使用八层或十层量子阱层234(即九层或十一层的量子磊层232)的结构，当有源层230中的该i层各量子磊层232的厚度满足T₁＞T₂≥T₃时，尤其是以量子磊层232作一渐变厚度的设计可有效地提升发光二极管的发光效率。举例来说，比较发光二极管VI与发光二极管VII的八层量子阱层234的结构可以发现，在发光二极管VI的八层量子阱层234的结构中，将其量子磊层232厚度T₈到T₂均设为9nm，而将T₁设为11nm。当将发光二极管VII中调节量子磊层232的厚度T₉到T₁依序为2/3/3/5/5/7/7/9/11nm，由此可将发光二极管的光输出效率(发光强度)从原本的16.4mW有效地提升到24.7mW。

另一方面，比较发光二极管VIII与发光二极管IX的十层量子阱层234的结构可以发现，将其量子磊层232的厚度T₁₁到T₂均设为9nm，并将量子磊层232的厚度T₁设为11nm。当调节量子磊层232的厚度为T₁₁到T₁依序厚度依序为2/2/3/3/3/5/5/7/7/9/11nm时，由此可将发光二极管的光输出效率(发光强度)从原本的11.3mW有效地提升到20.7mW。

值得一提的是，为了进一步增加发光二极管的发光强度，发明人提出可通过调节量子磊层232中掺杂量子磊层232的层数、掺杂浓度等，即可通过有目的地(intentionally)掺杂N型杂质来降低活性区的缺陷密度对载子的影响，有效地提升发光效率，特别是对于有源层230所发出的波长范围为222nm至405nm波段的光线更具有显著的提升效果。

尤其当掺杂量子磊层232的层数k与量子磊层232的总数i满足下述关系式时，发光效率提升的效果显著：当i为偶数时，k≥i/2；当i为奇数时，k≥(i-1)/2。换言之，当发光二极管的量子磊层232中，掺杂层数超过总层数的一半，且掺杂浓度为5×10¹⁷/cm³至1×10¹⁹/cm³时，即可有效地进一步提升发光二极管的发光效率。

综上所述，本发明的发光二极管中，通过使有源层中量子磊层的厚度设计符合特定关系，使得空穴可以均匀地分布于量子阱层中，由此提升发光二极管的载子的复合效率，因此本发明的发光二极管通过上述任一技术手段即可大幅地提升发光二极管在222nm～405nm波段的发光强度。

此外，本发明的发光二极管的实施方式不限于前述所显示的型态，亦可以为水平电极配置或垂直电极配置，均可实现本发明，因此不亦此为限。

图17为本发明的发光二极管的一种实施方式。如图17所示，发光二极管300的膜层由上至下依序包括接触层310；前述的N型半导体层220、有源层230、电子磊层270与中间层280、以及P型半导体层240；反射层320；接合层330；以及承载基板340。

图18为本发明的发光二极管的另一种实施方式。如图18所示，发光二极管400的膜层由上至下依序包括前述的基板210、氮化物半导体披覆层212、N型半导体层220以及承载基板340，并于N型半导体层220与承载基板340夹设两个叠层，如显示于图18左方主要由前述有源层230、电子磊层270与中间层280、P型半导体层240、接触层310、以及接合层330所构成的第一叠层，以及位于该第一叠层右方并与该第一叠层相隔一段距离的第二叠层，其中该第二叠层主要由接触层310、以及接合层330所构成。并且，发光二极管400可视元件需求而将一反射层设置于右方第一叠层的接触层310与接合层330之间，或者设置承载基板340邻接于左方第二叠层的表面上，本发明并不以此为限。

图19为本发明的发光二极管的再一种实施方式。如图19所示，发光二极管500的膜层结构与图18类似，惟不同处在于：图19的发光二极管500相较于图18的发光二极管400进一步省略了N型半导体层220上方的基板210与氮化物半导体披覆层212构件，其余部分所标示的相同标号则与前述图18中的相同，不再赘述。并且，同样地，发光二极管500可视元件需求而将一反射层设置于右方第一叠层的接触层310与接合层330之间，或者设置承载基板340邻接于左方第二叠层的表面上，本发明并不以此为限。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种发光二极管，包括：

一基板；

一N型半导体层，位于该基板上；

一有源层，具有一缺陷密度DD，其中DD≥2×10⁷/cm³，该有源层位于该N型半导体层的部分区域上，该有源层发出的光波长λ满足222nm≤λ≤405nm，该有源层包括i层的量子磊层以及(i-1)层量子阱层，各量子阱层位于任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂N型杂质于所述量子磊层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2；

一P型半导体层，位于该有源层上；以及

一第一电极以及一第二电极，其中该第一电极位于该N型半导体层的部分区域上，且该第二电极位于该P型半导体层的部分区域上。

2.如权利要求1所述的发光二极管，其中所述已掺杂N型杂质的k层量子磊层位于所述量子磊层中最靠近N型半导体层的k层。

3.如权利要求1所述的发光二极管，其中所述量子磊层的材料包括Al_xIn_yGa_1-x-yN，其中0≤x≤1，0≤y≤0.3，且x+y≤1。

4.如权利要求1所述的发光二极管，其中各该量子磊层的厚度为5nm至15nm之间。

5.如权利要求1所述的发光二极管，其中所述量子阱层的材料包括Al_mIn_nGa_1-m-nN，其中0≤m<1，0≤n≤0.5，m+n≤1，且x>m，n≥y。

6.一种发光二极管，包括：

一基板；

一N型半导体层，位于该基板上；

一有源层，具有一缺陷密度DD，其中DD≥2×10⁷/cm³，该有源层位于该N型半导体层的部分区域上且发出的光波长λ满足222nm≤λ≤405nm，该有源层包括i层的量子磊层以及(i-1)层量子阱层，各量子阱层位于任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂N型杂质于所述量子磊层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2；

一P型半导体层，位于该有源层上，且该k层量子磊层中最靠近该P型半导体的量子磊层的掺杂浓度小于等于该k层量子磊层中其他量子磊层的掺杂浓度；以及

7.如权利要求6所述的发光二极管，其中所述已掺杂N型杂质的k层量子磊层位于所述量子磊层中最靠近N型半导体层的k层。

8.如权利要求7所述的发光二极管，其中该k层量子磊层的掺杂浓度至少为5×10¹⁷/cm³。

9.如权利要求7所述的发光二极管，其中该k层中各量子磊层的掺杂浓度自N型半导体侧起算依序为C₁、C₂、…C_k，且C_k≤C_k-1。

10.如权利要求6所述的发光二极管，其中所述量子磊层的材料包括Al_xIn_yGa_1-x-yN，其中0≤x≤1，0≤y≤0.3，且x+y≤1。

11.如权利要求6所述的发光二极管，其中各该量子磊层的厚度为5nm至15nm之间。

12.如权利要求6所述的发光二极管，其中所述量子阱层的材料包括Al_mIn_nGa_1-m-nN，其中0≤m<1，0≤n≤0.5，m+n≤1，且x>m，n≥y。

13.一种发光二极管，包括：

一基板；

一N型半导体层，位于该基板上；

一有源层，具有一缺陷密度为DD，其中DD≥2×10⁷/cm³，该有源层位于该N型半导体层的部分区域上，该有源层发出的光波长λ满足222nm≤λ≤405nm，该有源层包括i层的量子磊层以及(i-1)层量子阱层，各量子阱层位于任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂N型杂质于所述量子磊层中的至少k层，k为大于等于1的自然数，当i为偶数时，k≥i/2，当i为奇数时，k≥(i-1)/2，该k层量子磊层的掺杂浓度为5×10¹⁷/cm³至1×10¹⁹/cm³；

一P型半导体层，位于该有源层上；以及

14.如权利要求13所述的发光二极管，其中所述已掺杂N型杂质的k层量子磊层位于所述量子磊层中最靠近N型半导体层的k层。

15.如权利要求13所述的发光二极管，其中该k层中各量子磊层中最靠近该P型半导体的量子磊层的掺杂浓度小于等于该k层量子磊层中其他量子磊层的掺杂浓度。

16.如权利要求13所述的发光二极管，其中各该量子磊层的厚度为5nm至15nm之间。