[发明专利]发光二极管结构

说明书

本发明涉及半导体器中的一种制造技术，尤其是指包含有量子井或具应变层的量子井的发光二极管。

近年来，发光二极管的应用日渐广泛，各式发光二极管结构的改良也相继被研究开发，较为先进的高效率发光二极管，通常都以双异质结构为基础。一个传统式的双异质包含有上下两限制层以及界于其间的活性层。由于上层限制层的电阻甚高，使得电流的流散极为有限，因而限制了此类发光二极管的发光效率。为了增高发光二极管的亮度和效率，有许多不同的改良结构及技术被研究推出，改良的方式大致上都集中在以导电性的窗户层成长在双异质结构上，来增强电流的流散。美国专利5,008,718提出以高能隙的透明材料作为窗户层以提高发光效率。另一个美国专利5,359,209则推出以一层低能隙高导电的材料再加一层高能隙的材料，同时使用了两层窗户层更进一步地改良了双异质与窗户层之间界面结构的接合，也降低了整个窗户层的电阻，从而更提高了发光二极管的发光效率。虽然发光二极管的效率已经在各种改良技术下提高了许多，但其缺陷密度还不低以及应用还不普及。

本发明的目的在于提出一种以量子井或具应变量子井结构取代传统双异结构中的活性层，或在发光二极管的基板和双异质结构之间加入了一层分散式布拉格反射层所组成的发光二极管结构，它具有发光强度大，亮度与电流的线性度变好等特性，从而解决了现有技术所存在的问题。

本发明所采用的技术方案在于其主要结构是：一个具有第一导电型的砷化镓基板，该基板的背面有第一电极；一个成长于基板上的第一导电型磷化铝镓铟限制层；一个成长于限制层上的多重量子井结构，该量子井结构包含有由磷化铝镓铟组成的多重量子井层和障壁层；一个具有第二导电型的磷化铝镓铟限制层成长于该量子井结构上；一个具有两层材料所组成的第二导电型窗户层结构形成在第二导电型的限制层上，该窗户层结构的第一层较薄，其材料为低能隙高导电性的半导体材料，它可以是砷化镓或磷化铟镓材料，该窗户层结构的第二层较厚，其组成为高能隙透光的磷化镓并掺入少量的铟；以及一个在窗户层结构上的第二电极。

上述的量子井结构，其两旁各有一层固定组成的间隔层，这种间隔层可以是固定组成，或线性渐变组成，也可以是抛物线方式的渐变组成。可以在量子井层设计一定的应变量，或量子井层与障壁层两者同时具有应变，也可以只在障壁层加入应变。

本发明另一方案，也可以在发光二极管的基板和双异质结构之间加入一层分散式布拉格反射层。

本发明的优点在于发光二极管的量子效率高，尤其是低电流部分、发光强度大，发光二极管的发光强度与电流的关系也有很好的线性度，另一优点是二极管的半波宽变得窄，此外，本发明的发光二极管的亮度衰减度较低，以及由于在窗户层结构中的磷化镓材料加入了铟，所以减少了其中的差排缺陷密度，因此本发明具有实用性。

图1为本发明的结构剖面图。

图2为本发明与传统式发光二极管的发光强度与电流的关系图。

图3为以620nm波长为中心的传统式二极管的亮度对波长的关系图。

图4为以620nm波长为中心的本发明二极管的亮度对波长的关系图。

图5为本发明与传统式发光二极管的相对亮度与使用时间的比较图。

图6为本发明的多重量子井结构的设计之一，多重量子井结构的两旁各有一层固定组成的间隔层。

图7为本发明的多重量子井结构的另一设计，其中间隔层是线性渐变组成。

图8为本发明多重量子井结构的又一种设计，其中间隔层为抛物线方式渐变组成。

图9为本发明的发光二极管的另一种结构的剖面图，其中包含分散式布拉格反射层。