氮化物半导体发光元件的制作方法

本发明涉及发光二极管领域，具体涉及一种具有多重量子阱结构的氮化物半导体发光元件。

背景技术：

如图1所示，发光二极管一般包括分别进行n-型和p-型掺杂的半导体层(1、3)、介于他们之间的活性层(2)。如果向n-型半导体层(1)和p-型半导体层(3)接入驱动电流，则从n-型半导体层(1)和p-型半导体层(3)分别向活性层(2)注入电子和空穴，注入的电子和空穴在活性层(2)中复合而释放光线。未说明附图标记4是无掺杂半导体层，5是缓冲层，6是基板。

一般而言，为了提高发光效率，在活性层(2)采用多重量子阱结构。多重量子阱结构如图1右侧带隙所示，是交替层叠阱层(23)与势垒层(21)的结构。阱层(23)与势垒层(21)可以应用ingan/gan或inhighgan/inlowgan。这种多重量子阱结构由于量子约束效果相对较高，因而电子与空穴的复合效率高。

但是，如上所述的传统型多重量子阱结构存在几个问题。首先，不是在多重量子阱结构的所有阱层(23)实现发光。来自p-型半导体层(3)的空穴只注入至上级阱层(23)，在下级阱层(23)不实现注入，因而从上面起，只有至注入有空穴的中间阱层实现发光。另一问题是由铟导致的结晶性低下问题。在氮化物半导体发光元件中，调节铟的含量，获得希望的波段，即使在所述多重量子阱结构的形成方面，也因铟含量而获得带隙差异。铟由于蒸气压低，因而在较低温度下形成ingan层。在这种低温度下，诸如氨的其他成分供应不充分，因而不易获得高品质膜。特别是铟具有集中的倾向，因而结晶性大幅变差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种氮化物半导体发光元件，该元件有利于使空穴注入下级阱层，提高电子和空穴的复合率，进而提高发光效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种氮化物半导体发光元件，包括：

n-型氮化物半导体层；

p-型氮化物半导体层；以及

活性层，其设置于所述n-型氮化物半导体层与所述p-型氮化物半导体层之间，具有由多个势垒层和多个阱层交替层叠的多重量子阱结构；

所述多重量子阱结构在中间部位的阱层中具有至少一个中间阱层，所述中间阱层的带隙大于邻接的其他阱层。

进一步地，所述中间阱层的带隙分别小于邻接的势垒层。

进一步地，所述中间阱层的铟含量分别低于邻接的其他阱层。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：将带隙及铟含量与其他阱层不同的中间阱层设置于多重量子阱结构的中间部位，从而获得高电子/空穴复合率和良好的结晶性。不同于未注入空穴而在下级阱层中不发光的传统多重量子阱结构，本发明在多重量子阱结构的中间部位配置带隙高于邻接的其他阱层的中间阱层，来自p-型氮化物半导体层的空穴就可以越过中间阱层而注入相对远离的下级阱层，从而提高了电子和空穴的复合率，进而提高了发光效率。另外，将具有低于其他阱层的铟含量的中间阱层配置于中间部位，可以缓解铟的集中，改善了结晶性。

附图说明

图1是现有技术中氮化物半导体发光元件的结构示意图。

图2是本发明实施例的结构示意图。

图1中：1、n-型半导体层，2、活性层，3、p-型半导体层，4、无掺杂半导体层，5、缓冲层，6、基板，21、势垒层，23、阱层。

图2中：10、氮化物半导体发光元件，110、n-型氮化物半导体层，120、活性层，130、p-型氮化物半导体层，121、势垒层，122、中间阱层，123、阱层，140、无掺杂半导体层，150、缓冲层，160、基板。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图2是本发明优选实施例的氮化物半导体发光元件的结构剖面图。在图2中，用10整体表示本发明的氮化物半导体发光元件。氮化物半导体发光元件(10)包括由n-型氮化物半导体层(110)、活性层(120)及p-型氮化物半导体层(130)构成的发光结构。发光结构可以层叠于基板(160)上。另外，如图中示例所示，在基板(160)上形成缓冲层(150)和无掺杂氮化物半导体层(140)后，发光结构可以在无掺杂氮化物半导体层(140)上沉积。发光结构在无掺杂氮化物半导体层(140)上依次层叠n-型氮化物半导体层(110)、活性层(120)及p-型氮化物半导体层(130)而形成。

本发明的氮化物半导体发光元件(10)采用的活性层(120)具有多重量子阱结构。多重量子阱结构是由多个势垒层(121)和多个阱层(123)交替层叠的层叠结构。图2中右侧所示为本发明的氮化物半导体发光元件(10)的活性层(120)配备的多重量子阱结构的带隙。势垒层(121)的带隙大于阱层(123)，阱层(123)介于势垒层(121)之间。来自n-型氮化物半导体层(110)的电子与来自p-型氮化物半导体层(130)的空穴注入阱层(123)并复合，从而实现发光。多重量子阱结构在中间部位的阱层(123)中具有至少一个中间阱层(122)，中间阱层(122)的带隙大于邻接的其他阱层。在图2中，出于便利，针对相应带隙，称为势垒层(121)、阱层(123)及中间阱层(122)。势垒层(121)带隙大于邻接的阱层(123)，可以约束量子。位于阱层(123)中间的中间阱层(122)带隙大于邻接的其他阱层(123)。另外，各中间阱层(122)带隙分别小于邻接的势垒层(121)。

本发明氮化物半导体发光元件(10)采用的多重量子阱结构，调节铟含量而获得带隙差异。如果铟含量低，则带隙大，如果铟含量高，则带隙减小。本实施例中，中间阱层(122)的铟含量分别低于邻接的其他阱层(123)。

在这种本发明的氮化物半导体发光元件(10)采用的多重量子阱结构中，空穴可以越过中间阱层(122)而注入至其下方的阱层(123)，因而提高了电子/空穴复合率。这解决了在原有传统多重量子阱结构中，实际上空穴只注入至中间部位的阱层(123)，在其下方阱层(123)中不注入空穴的问题。因此，可以解决在传统的多重量子阱结构中，在不实现空穴注入的下级阱中无法实现发光的问题。进而，本发明中采用的多重量子阱结构，由于中间阱层(122)在活性层(120)的中间地点，铟含量比其他阱层(123)低，因而缓解了铟集中，使得可以得到经提高的结晶性。

在本发明的氮化物半导体发光元件(10)中，多重量子阱结构的阱层(123)可以具有互不相同的铟含量，可以具有互不相同的带隙。势垒层(121)也可以具有互不相同的铟含量，可以具有互不相同的带隙。中间阱层(122)具有低于邻接的其他阱层(123)的铟含量、大于邻接的其他阱层(123)的带隙。中间阱层(122)可以具有低于邻接的势垒层(121)的带隙。

在本发明优选实施例中，基板(160)可以应用蓝宝石、sic、gan等，但并非限定于此。基板(160)可以应用氮化物半导体可生长的物质。在基板(160)的上面，可以形成有用于防止在基板(160)上形成的半导体层的晶格缺陷的缓冲层(150)、用于提高结晶性的无掺杂氮化物半导体层(140)。

n-型氮化物半导体层(110)可以以作为n-型杂质而掺杂如si的具有alxinyga(1-x-y)n(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)组成式的物质形成。

p-型氮化物半导体层(130)可以以作为p-型杂质而掺杂如mg的具有alxinyga(1-x-y)n(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)组成式的物质形成。

活性层(120)配置于n-型氮化物半导体层(110)与p-型氮化物半导体层(130)之间。如果向两侧半导体层(110、130)接入电流，则电子从n-型氮化物半导体层(110)向活性层(120)供应，空穴从p-型氮化物半导体层(130)向活性层(120)供应，在活性层(120)复合并发光。活性层(120)可以以具有inaga1-an(0≤a≤1)组成的物质形成。活性层(120)如上所述，可以为多重量子阱结构。多重量子阱结构是例如由ingan形成的多个阱层(123)与例如由gan形成的多个势垒层(121)交替层叠的层叠结构。本发明中采用的多重量子阱结构包括在阱层中位于中间的至少一个中间阱层(122)。中间阱层(122)铟含量低于邻接的其他阱层(123)而带隙大于邻接的其他阱层(123)。中间阱层(122)的带隙可以小于邻接的势垒层(121)。

除图示的构成要素之外，本发明的氮化物半导体发光元件(10)可以包括电子阻挡层，所述电子阻挡层配置于活性层(120)与p-型氮化物半导体层(130)之间，阻止电子流入p-型氮化物半导体层(130)。另外，在p-型氮化物半导体层(130)上可以配置有诸如ito的透明电极层。可以包括与p-型氮化物半导体层(130)电气连接的p-型电极和与n-型氮化物半导体层(110)电气连接的n-型电极。在图示的示例中，包括用于n-型电极的台阶结构，但本发明的电极构成并非限定于此。

如上所述的本发明氮化物半导体发光元件(10)，从p-型氮化物半导体层(130)流入活性层(120)的空穴可以越过中间阱层(122)，流入位于其下级的阱层(123)，从而在下级阱层(123)中也可以实现电子/空穴复合。如果鉴于在传统的多重量子阱结构中，实质上只在发生空穴流入的中间以上的上级阱层中实现基于电子/空穴复合的发光，则提高在中间阱层(122)的下级阱层(123)中的电子/空穴复合可能性，不仅保障发光效率，而且保障增大发光均一性。进而，使位于多重量子阱结构中间部位的中间阱层(122)的铟含量不同于邻接的其他阱层(123)，从而阻止铟集中，提高结晶性。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。