发光二极管的制作方法
【专利说明】
[0001] 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
[0002] 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（light emitting diode，简称 LED) 〇
【背景技术】
[0003] 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。
[0004] -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。
[0005] 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，由于空穴的迀移率小于电子的迀移率，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】
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 本发明提出一种发光二极管，其包括基板、N型半导体层、有源层、P型半导体层、 第一电极以及一第二电极。N型半导体层位于基板上。有源层具有一缺陷密度为DD的活性 区，其中DD彡2Xl〇7cm 3。位于N型半导体层的部分区域上，有源层发出的光波长λ满足 222nm彡λ彡405nm，有源层包括i层的量子嘉层以及（i-Ι)层量子阱层，各量子阱层位于 任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂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彡i/2,当i为奇数时，k彡（i-l)/2。P 型半导体层位于有源层上。第一电极位于N型半导体层的部分区域上，且第二电极位于P 半导体层的部分区域上。
[0010] 本发明提出另一种发光二极管，其包括基板、N型半导体层、有源层、P型半导体 层、第一电极以及第二电极。N型半导体层位于基板上。有源层具有一缺陷密度为DD的活 性区，其中DD彡2X10 7/cm3。有源层位于N型半导体层的部分区域上且发出的光波长λ满 足222nm< λ < 405nm，有源层包括i层的量子磊层以及（i-Ι)层量子阱层，各量子阱层位 于任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂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彡i/2,当i为奇数时，k彡（i-l)/2。 P型半导体层位于有源层上，且k层量子磊层中最靠近P型半导体的量子磊层的掺杂浓度小 于等于k层量子磊层中其他量子磊层的掺杂浓度。第一电极位于N型半导体层的部分区域 上，且第二电极位于P半导体层的部分区域上。
[0011] 本发明再提出一种发光二极管，其包括基板、N型半导体层、有源层、P型半导体 层、第一电极以及第二电极。活性区具有一缺陷密度DD，其中DD彡2X10 7/cm3。N型半导体 层位于基板上。一有源层，位于N型半导体层的部分区域上，有源层发出的光波长λ满足 222nm彡λ彡405nm，有源层包括i层的量子嘉层以及（i-Ι)层量子阱层，各量子阱层位于 任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，其中掺杂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彡i/2,当i为奇数时，k彡（i-1) /2, k 层量子磊层的掺杂浓度为5X1017/Cm3至lX1019/cm 3。P型半导体层位于有源层上。第一电 极以及一第二电极，其中第一电极位于N型半导体层的部分区域上，且第二电极位于P半导 体层的部分区域上。
[0012] 基于上述，本发明的发光二极管中，通过使有源层中掺有N型杂质的量子磊层的 层数符合特定关系、或通过使有源层的掺杂有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、或通过使掺杂有N型杂质的量子磊层的掺杂浓度满足特定关系，使 得N型杂质可以抚平缺陷对载子的影响，提升发光二极管的载子的复合效率，因此本发明 的发光二极管通过上述任一技术手段即可大幅地提升发光二极管在222nm~405nm发光效 率。
[0013] 本发明提出一种发光二极管，其通过在最靠近P型半导体层的三层量子磊层中， 使最靠近P型半导体层的量子磊层大于其余两层量子磊层的厚度，可使电子空穴对均匀分 布在有源层的量子磊层中，由此可提升发光二极管在222nm~405nm发光波段的发光强度。
[0014] 本发明提出另一种发光二极管，其通过使最靠近P型半导体层的三层量子磊层的 厚度符合特定关系，可使电子空穴对均匀分布在有源层的量子磊层中，由此可提升发光二 极管在222nm~405nm发光波段的发光强度。
[0015] 本发明提出一种发光二极管，其包括一基板、一 N型半导体层与一 P型半导体 层、一有源层以及一第一电极以及一第二电极。N型半导体层位于基板与P型半导体层 之间。有源层位于N型半导体层以及P型半导体层之间，有源层发出的光波长λ满足 222nm彡λ彡405nm，有源层包括i层的量子嘉层以及（i-Ι)层量子阱层，各量子阱层位于 任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，i层中各量子磊层的厚度自P型半导 体层侧起算依序为InT 2J3. .. T1，其中T1大于T 2与T 3或T1ST2=T3。第一电极位于N型 半导体层的部分区域上，且第二电极位于P半导体层的部分区域上。
[0016] 本发明提出另一种发光二极管，其包括一基板、一 N型半导体层与一 P型半导体 层、一有源层以及一第一电极以及一第二电极。N型半导体层位于基板与P型半导体层 之间。有源层位于N型半导体层以及P型半导体层之间，有源层发出的光波长λ满足 222nm彡λ彡405nm，有源层包括i层的量子嘉层以及（i-Ι)层量子阱层，各量子阱层位于 任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，i层中各量子磊层的厚度自P型半导 体层侧起算依序为!\、T 2、T3. . . T1，其中i层量子磊层中厚度满足=T1= T 2> T 3或T T 2 > T3。。第一电极与第二电极分别位于N型半导体层的部分区域上与P半导体层的部分区 域上。
[0017] 本发明提出一种发光二极管，其包括一基板、一 N型半导体层与一 P型半导体 层、一有源层以及一第一电极以及一第二电极。N型半导体层位于基板与P型半导体层 之间。有源层位于N型半导体层以及P型半导体层之间，有源层发出的光波长λ满足 222nm彡λ彡405nm，有源层包括i层的量子嘉层以及（i-Ι)层量子阱层，各量子阱层位于 任意两层量子磊层之间，且i为大于等于2的自然数，i层中各量子磊层的厚度自P型半导 体层侧起算依序为In T2、T3. .. T1，在这些量子磊层中，最靠近P型半导体层侧的厚度1\最 大，而最靠近N型半导体层侧的厚度T1最小。第一电极位于N型半导体层的部分区域上， 且第二电极位于P半导体层的部分区域上。
[0018] 基于上述，本发明的发光二极管中，通过在最靠近P型半导体层的三量子磊层中， 使最靠近P型半导体层的量子磊层大于其余两层量子磊层的厚度，或通过使有源层中量子 磊层的厚度符合特定关系，通过上述任一技术手段，可增加电子空穴对均匀分布在有源层 里，增加电子空穴对复合机率，因此本发明的发光二极管通过上述任一技术手段即可大幅 地提升发光二极管在222nm~405nm发光强度。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的一实施例中一种发光二极管的剖面示意图；
[0020] 图2A为本发明一实施例的发光二极管中一种单一量子阱有源层的剖面示意图；
[0021] 图2B为本发明一实施例的发光二极管中一种多重量子阱有源层的剖面示意图；
[0022] 图3为发光二极管的有源层的放大剖面示意图；
[0023] 图4A显示了本发明的发光二极管的比较例；
[0024] 图4B显示了本发明的发光二极管的实施例；
[0025] 图5A至图f5D分别表示当改变图3的掺杂量子磊层的层数时，仿真对发光二极管 的电子浓度的关系图；
[0026] 图6A至图6D分别表示当改变图3的掺杂量子磊层的层数时，仿真对发光二极管 的空穴浓度的关系图；
[0027] 图7A至图7D分别表示当改变图3的掺杂量子磊层的层数时，仿真对发光二极管 的电子空穴复合机率的关系图；
[0028] 图8A至图8D分别表示当改变图3的掺杂量子磊层的层数时，仿真对发光二极管 的非辐射复合机率的关系图；
[0029] 图9A为发光二极管的量子磊层中不同掺杂层数对电流-光输出功率曲线的关系 图；
[0030] 图9B为发光二极管的量子磊层中不同掺杂层数对电流-电压曲线的关系图；
[0031] 图IOA为发光二极管中的量子磊层中不同掺杂浓度对电流-光输出功率曲线的关 系图；
[0032] 图IOB为发光二极管的量子磊层中不同掺杂浓度对电流-电压曲线的关系图；
[0033] 图IlA至图IlC分别为本发明一实施例中几种发光二极管的结构设计图；
[0034] 图12为图IlA至图IlC中各发光二极管的发光强度仿真图；
[0035] 图13A至图13C分别表示图IlA至图IlC中各发光二极管的电子与空穴浓度仿真 图；
[0036] 图14A与图14B分别为图I