[发明专利]具有载子提供层的多层量子阱氮化物发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化物多层量子阱发光二极管，特别涉及一种具有载子提供层的多层量子阱氮化物发光二极管。

背景技术

为了提高氮化镓(GaN)系发光二极管(LED)的亮度，美国专利No.5,578,839揭示了一种发光层(或称主动层)掺杂有n型杂质(例如Si)和/或p型杂质(例如Mg或Zn等)的In_xGa_1-xN(0＜x＜1)化合物半导体所制成的LED结构。此LED结构的发光层，是夹在n型GaN系化合物半导体制成的第一包覆层(clad layer)与p型GaN系化合物半导体制成的第二包覆层中间。LED结构在亮度上的提升，是由于上述发光层内所掺杂的杂质提高了载子(即，电子和空穴)的密度，因此有更多载子参与重新结合(recombination)所致。

相比之下，使用多层量子阱(multi quantum-well，MQW)技术的高亮度LED，通常在其发光层内是采未加掺杂的阱层(well layer)。一般MQW LED的发光层是包含有多层阱层，阱层的厚度是小于半导体材料中载子的德布洛依(deBroglie)波长，致使电子和空穴被局限在阱层内，而可达成更佳的重新结合效率。阱层通常是未加掺杂，因为阱层内的杂质会导致非辐射性(non-radiative)的重新结合，进而造成发光效率的降低和过多热量的产生。另一方面，在2002年五月电机工程师协会量子电子学期刊(IEEE Journal of Quantum Electronics)第38册第5期里，Wu等人在Influence of Si doping on the Characteristics of InGaN-GaN Multiple Quantum-Well Blue Light Emitting Diode(Si搀杂对InGaN-GaN多层量子阱发光二极管之特性方面的影响)一文中建议，InGaN-GaN MQW LED的发光强度和操作电压，可借由在MQW发光层的GaN势垒层(barrier layer)内加入Si搀杂，而得到显著的改善。然而，势垒层内的杂质密度应维持在适当的位准下，否则该LED的结晶(crystal line)便会受到影响。

在LED之发光层搀杂杂质，确实有助于提高载子重新结合效率，但此种改善是要付出代价。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多层量子阱氮化物发光二极管结构，能够使二极管有较高的内部量子效率与较高亮度。

为解决上述技术问题，本发明多层量子阱氮化物发光二极管结构的技术方案是，至少包含：

一个基板；

一个第一接触层，位于基板上方，并且第一接触层是由具有第一导电型的GaN系材料制成；

一个载子提供层，位于第一接触层的上方，载子提供层由至少两层阱层与至少两层势垒层交替堆栈而成，阱层与势垒层各由掺杂有n型杂质的GaN系材料制成，势垒层具有高于该阱层的能带隙；

一个发光层，位于载子提供层上方，发光层是具有由多层的阱层与势垒层所构成的MQW结构，阱层与势垒层各由GaN系材料制成；以及

一个第二接触层，位于发光层上方，第二接触层是由具有与第一导电型相反的第二导电型的GaN系材料制成；

载子提供层的阱层具有高于发光层的阱层能带隙。

作为本发明的进一步改进是，至少包含：

一个基板；

一个缓冲层，位于该基板上方，缓冲层以AlaGabIn1-a-bN(0≤a，b＜1，a+b≤1)制成；

一个第一接触层，位于缓冲层上方，第一接触层由具有第一导电型的GaN系材料制成；

一载子提供层，位于第一接触层的上方并覆盖第一接触层的部分上表面，载子提供层是由至少两层阱层与至少两层势垒层交替堆栈而成，阱层与势垒层各由掺杂有n型杂质的AlpInqGa1-p-qN(p，q≥0，0≤p+q≤1)制成，势垒层具有高于阱层的能带隙；

一个第一电极，位于第一接触层未被载子提供层覆盖的上表面；

一个发光层，位于载子提供层上方，发光层是具有由多层阱层与势垒层构成的一个MQW结构，该阱层与该势垒层各由AlxInyGa1-x-yN(x，y≥0，0≤x+y≤1)制成；以及

一个第二接触层，位于发光层上方，第二接触层是由具有与第一导电型相反的第二导电型的GaN系材料制成；

一个透明导电层，位于第二接触层的至少一部份上表面，透明导电层是金属导电层与透明氧化物层二者之一；以及