[发明专利]发光二极管

说明书

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。

本申请是分案申请，母案的申请号为201310061155.1，申请日(最早优先权日)为：2012年3月1日，发明名称为“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(lightemitting diode，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(localized effect)。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。