[發明專利]一種高亮度發光二極管的多量子阱結構

有效

• 申請號: 201310562955.1
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN103594573A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 李淼;游橋明;沈志強
• 申請（專利權）人: 西安神光皓瑞光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/04
• 分類號: H01L33/04;H01L33/06
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

技術領域

本發明屬于光電器件設計領域，具體涉及一種發光二極管的多量子阱結構設計。

背景技術

目前發光二極管結構的量子阱結構部分主要為多量子阱的結構設計，但是，各種多量子阱結構設計中均沒有很好地解決電子和空穴的平衡問題。在目前的發光二極管結構內，N層內電子濃度遠遠高于P層內空穴的濃度而且電子的遷移速度遠遠高于空穴，如此，傳統的結構設計會導致空穴和電子在量子阱結構內的濃度分布不均勻，導致空穴主要集中在靠近P層附近的量子阱內，而靠近N層內的量子阱內的空穴濃度較低，而電子的濃度分布則更多集中于靠近N型層附近的量子阱內，如此在電子空穴的復合效率上和濃度的空間分布上均不合理。傳統的設計會導致發光層主要集中在最后的一到兩個量子阱內，發光效率較低，而且存在電子和空穴濃度的不對稱分布導致復合效率的進一步降低。

為了提高量子阱內電子和空穴復合效率以及提高電子空穴的空間濃度分布，大家對于多量子阱的結構設計進行了大量的研究。如中國專利申請200910051657.X(用于光電器件的多量子阱結構及其制造方法)中提出，靠近N型半導體層的勢阱層的厚度大于靠近P型半導體層的勢阱層的厚度可提升光電器件的內量子效率，同時提高反向電壓和抗靜電性能，降低發光譜峰的半寬提高發光純度；中國專利申請201110008922.3（多量子阱結構及其制造方法）中提出，發光二極管多個有源層的能量帶隙從中間向兩側逐漸減小，其中，多個有源層的能量帶隙均在1.59eV至3.17eV之間；可有效地防止載流子逃逸，提高電子和空穴的復合機率，提高發光二極管的內量子效率。

但是目前的LED結構均只考慮單一因素對結構的影響，而沒有整體考慮應力釋放和電子空穴注入速率平衡，電子空穴的注入濃度平衡等因素進行設計，因而整體效率的提升潛力有限。

發明內容

為改善傳統多量子設計的不足之處，提供一種高亮度發光二極管的多量子阱結構，以實現器件整體性能的提升。

本發明提供的技術方案如下：

一種高亮度發光二極管的多量子阱結構，依次包括第一多量子阱層，第二多量子阱層，第三多量子阱層和第四多量子阱層，其中的第一多量子阱層靠近N型層一側，第四多量子阱靠近P型層一側；其特殊之處在于：在這四個多量子阱層中，第一多量子阱層的量子阱禁帶寬度最小，第二多量子阱層的量子阱禁帶寬度最大，第三和第四多量子阱層的量子阱禁帶寬度介于第一多量子阱層與第二多量子阱層的量子阱禁帶寬度之間；第四多量子阱層的量子壘禁帶寬度比其他多量子阱層的量子壘禁帶寬度小但大于第四量子阱層的量子阱禁帶寬度。

基于上述基本方案，本發明還做如下優化限定和改進：

在P型層和第四多量子阱層之間設置有插入層，其材料的禁帶寬度大于第四多量子阱層的阱層材料。

各個多量子阱層結構內的層數為1‐20層。

各個多量子阱層結構內的量子阱的厚度為0.5‐3nm，量子壘的厚度為5‐45nm。

根據電壓調制的需要，在一個或多個多量子阱層中的壘層內添加N型或者P型摻雜劑，或者在一個或多個多量子阱層中的阱層內添加N型或者P型摻雜劑。

本發明具有以下技術效果：

本發明的結構設計理念主要是從電子和空穴在量子阱內的濃度分布來提高電子和空穴的有效復合效率。通過第一多量子阱的深阱結構設計盡可能地降低電子的遷移速度；通過第一多量子阱和第二多量子阱的結構設計來降低第三、第四多量子阱層內的應力；通過適當降低第四多量子阱層內量子壘的禁帶寬度來提高P層空穴的遷移效率，讓盡可能多的空穴能夠有效的向N層一側的量子阱內注入。另外，還設計P層插入層，可以有效地進一步減少電子進入P層從而最大可能地提高電子空穴的復合效率。

綜合以上的整體性調配的多量子阱結構設計對于各方面的優化結果對于電子空穴的注入效率，遷移速度，濃度分布和復合位置等均有明顯改善，進而對器件的整體性能有了較大的提升效果。

附圖說明

圖1為本發明的多量子阱結構示意圖。圖中：

NGaN：N型GaN材料，提供量子阱結構生長的基礎和作為電子注入層與N電極接觸；

MQW1：第一多量子阱層，其靠近N型層一側進行生長，包括多組的交替的量子壘和量子阱層，在這四個多量子阱層中第一多量子阱層的量子阱禁帶寬度最小；

MQW2：第二多量子阱層，其在第一多量子阱層結構上進行生長，包括多組的交替的量子壘和量子阱層，在這四個多量子阱層中第二多量子阱層的量子阱禁帶寬度最大；