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CN105206721A - 发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管，包括：n型限制层、p型限制层和夹在两者之间的有源层，其特征在于：所述有源层含有量子阱结构和带有掺杂的双异质结构，其中所述双异质结构邻近所述n型限制层，所述量子阱结构近邻p型限制层，以减轻大电流情况下的载子溢流状况，同时提升发出光线的色纯度。

Description

发光二极管
技术领域
本发明涉及半导体照明领域，具体的说是一种发光二极管。
背景技术
现今普遍的LED结构的有源层多为量子阱结构，比起早期的双异质结构来说会有较佳的载子局限能力，因此具有较好的发光效率。但在大电流(较高电流密度)下，所产生的热量非常多(即处在高结温状态下)，此时会产严重的载子溢流现象，能带系随之发生改变，所以采用量子阱结构作为有源层的LED在高温时会发生亮度衰减、电压降低、波长飘移现象。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种新型发光二极管结构，其有源层含有双异质结构与量子阱结，在大电流操作下(电流密度大于等于3A/mm2)，亮度会比纯量子井结构提升15~20%。
本发明解决上述问题的技术方案为：AlInGaP系发光二极管，包括：n型限制层、p型限制层和夹在两者之间的有源层。所述有源层含有量子阱结构和带有掺杂的双异质结构，其中所述双异质结构邻近所述n型限制层，所述量子阱结构近邻p型限制层。
优选地，所述有源层的发光波长为560~660nm。
优选地，所述有源层包含m个由垒层和阱层构成的双异质结构，其中1≦m≦10。
优选地，所述双异质结构之垒层为AlxGa1-xInP，阱层为AlyGa1-yInP，其中x的范围为0.1~0.17，y的范围为0.65~0.75。
优选地，所述双异质结构的垒层厚度为200~220埃，所述双异质结构的阱层厚度为180~200埃。
优选地，所述双异质结构的垒层具有p型掺杂，其掺杂浓度为1E17~2E17。
优选地，所述双异质结构的垒层具有n型掺杂，其掺杂浓度为1E17~2E17。
优选地，所述有源层具有多个双异质结构，其中靠近所述n型限制层的部分垒层掺杂，其掺杂对数小于或等于所述双异质结构总对数的1/3。
优选地，所述双异质结构具有多对垒层和阱层，所述至少部分垒层的中间区域具有掺杂，掺杂厚度介于该垒层厚度的1/2~1/3。
优选地，所述量子阱结构的垒层厚度为50~70埃，所述量子阱结构的阱层厚度为40~60埃。
优选地，所述量子阱结构之垒层为AlzGa1-zInP，阱层为GaInP，其中z的范围为0.65~0.75。
在本发明中，在有源层中加入双异质结构，其具有较宽的井与垒，可以减轻高温时载子溢流状况，从而降低亮度衰减；并且在双异质结构的垒层掺杂元素，高温时会释放出载子也会有补偿效果，相对上也会提升高温状态下的亮度。在本质上双异质结构的PL图谱半高宽比量子井结构来的宽，而较高的半波宽代表着色纯度较不佳，因此保留部分量子井以改善此问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为根据本发明实施的一种发光二极管的侧面剖视图。
图2~图5为图1所示发光二极管之有源层的双异质结构的四种掺杂示意图。
图中标号：
100：n型限制层；200：有源层；210：双异质结构；211：双异质结构的垒层；212：双异质结构的阱层220：量子阱结构；221：量子阱的垒层；222：量子阱的阱层。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
请参看附图1，根据本发明实施的一种发光二极管，至少包括：n型限制层100、有源层200和p型限制层300，其中n型限制层100和p型限制层300采用铝铟磷(AlInP)材料，有源层200位于两者之间，由一个或多个双异质结构210和多量子阱结构220组合而成，其发光波长为560~660nm之可见光波段。
具体的，双异质结构210可以取1~10个，其邻近n型限制层100，由AlxGa1-xInP垒层211和AlyGa1-yInP阱层212构成（x的范围为0.1~0.17，y的范围为0.65~0.75），其中AlxGa1-xInP垒层211具有p型（如Mg、Zn等）或n型掺杂（如Si、Te等），其掺杂浓度为1E17~2E17，下文将再结合附图2~5对具体的掺杂方式进行详细描述。在本实施例中，双异质结构210总共6个，AlxGa1-xInP垒层211的厚度为200~220埃，AlyGa1-yInP阱层212的厚度为180~200埃。
多量子阱结构220邻近p型限制层300，由AlzGa1-zInP垒层221和GaInP阱层222构成（z的范围为0.65~0.75），其中AlzGa1-zInP垒层221的厚度为50~70埃，GaInP阱层222的厚度为40~60埃。在本实施例中，量子阱的垒层和阱层均未进行有意掺杂。
与常规发光二极管之有源层仅由多量子阱构成相比，上述发光二极管结构之有源层由双异质结构和多量子阱结构组合构成，其中双异质结构的阱与垒比量子阱更宽，可以减轻高温时载子溢流状况，从而降低亮度衰减；并且在双异质结构的垒层掺杂元素，高温时会释放出载子也会有补偿效果，相对上也会提升高温状态下的亮度。
与常规发光二极管之有源层仅由双异质结构构成相比，在本质上双异质结构的PL图谱半高宽比量子井结构来的宽，而较高的半波宽代表着色纯度较不佳，因此上述发光二极管之有源层保留部分量子井以改善此问题。
下面结合附图2~5对有源层的双异质结构的具体的掺杂方式进行详细描述。
请参看附图2，在本实施方式中，有源层具有6个双异质结构，对所有双异质结构的垒层均匀掺杂。
请参看附图3，在本实施方式中，有源层具有4~6个双异质结构，只对有源层的部分双异质结构之垒层进行掺杂处理，具体为对靠近所述n型限制层的双异质结构的垒层均匀掺杂，其掺杂对数小于或等于所述双异质结构总对数的1/3。
请参看附图4，在本实施方式中，对有源层的所有双异质结构的垒层掺杂，但各垒层未全部掺杂，只在中间区域掺杂，掺杂厚度介于该垒层厚度的1/2~1/3，此种掺杂方式能够更有效的防止掺杂的元素扩散到双异质结构的井中，防止形成缺陷中心降低发光效率，会比均匀掺杂结构来更稳定。
请参看附图5，在本实施例中，只对有源层的部分双异质结构之垒层做部分掺杂处理，具体为对靠近所述n型限制层的双异质结构垒层的中间区域掺杂，最少具有4个双异质结构，其掺杂对数小于或等于所述双异质结构总对数的1/3，掺杂厚度介于该垒层厚度的1/2~1/3，此种掺杂方式能够更有效的防止掺杂的元素扩散到双异质结构的井中，防止形成缺陷中心降低发光效率，会比均匀掺杂结构来更稳定，此实施例会较附图4实施例更为稳定。
很明显地，本发明的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本发明构思的所有可能的实施方式。

Claims (11)

1.发光二极管，包括：n型限制层、p型限制层和夹在两者之间的有源层，其特征在于：所述有源层含有量子阱结构和带有掺杂的双异质结构，其中所述双异质结构邻近所述n型限制层，所述量子阱结构近邻p型限制层，减轻注入的电流密度大于等于3A/mm2时的载子溢流状况。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述有源层的发光波长为560~660nm。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述有源层包含m个由垒层和阱层构成的双异质结构，其中1≦m≦10。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述双异质结构的垒层厚度为200~220埃，所述双异质结构的阱层厚度为180~200埃。
5.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述双异质结构之垒层为AlxGa1-xInP，阱层为AlyGa1-yInP，其中x的范围为0.1~0.17，y的范围为0.65~0.75。
6.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述双异质结构的垒层具有p型掺杂，其掺杂浓度为1E17~2E17。
7.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述双异质结构的垒层具有n型掺杂，其掺杂浓度为1E17~2E17。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述有源层具有多个双异质结构，其中靠近所述n型限制层的部分垒层掺杂，其掺杂对数小于或等于所述双异质结构总个数的1/3。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述双异质结构具有多对垒层和阱层，所述至少部分垒层的中间区域具有掺杂，掺杂厚度介于该垒层厚度的1/2~1/3。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述量子阱结构的垒层厚度为50~70埃，所述量子阱结构的阱层厚度为40~60埃。
11.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述量子阱结构的垒层为AlzGa1-zInP，阱层为GaInP，其中z的范围为0.65~0.75。
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