本實(shí)用新型涉及一種發(fā)光二極管，具體涉及一種N型氮化鎵基發(fā)光二極管。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。

目前，LED的發(fā)光效率盡管己遠(yuǎn)大于其它光源的發(fā)光效率，但是，由于載流子會選擇阻值最小的路徑，降低了電子-空穴對的復(fù)合概率，從而發(fā)光效率低仍低于其理論最高值，顯而易見，如果能通過改善LED芯片用的外延結(jié)構(gòu)來提升其發(fā)光效率有其廣寬的實(shí)用價值和顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，通過增加特殊材質(zhì)和厚度的電子擴(kuò)散層來增加載流子在LED結(jié)構(gòu)中進(jìn)行橫向擴(kuò)展，增加電子-空穴對的復(fù)合概率，從而提供一種發(fā)光效率更高的N型氮化鎵基發(fā)光二極管。

本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種N型氮化鎵基發(fā)光二極管，包括外延層結(jié)構(gòu)，所述外延層結(jié)構(gòu)包括從上至下依次設(shè)置的藍(lán)寶石襯底、氮化鎵緩沖層、非摻雜氮化鎵層、硅摻雜的n型氮化鎵層、硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電子擴(kuò)散層、銦鎵氮-氮化鎵多量子阱有源發(fā)光層、鋁摻雜氮化鎵層、鎂摻雜的p型氮化鎵層以及透明導(dǎo)電層，所述透明導(dǎo)電層上設(shè)置有p型電極，所述硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電子擴(kuò)散層上還設(shè)置有n型電極。

優(yōu)選的，所述的一種N型氮化鎵基發(fā)光二極管，其中：所述氮化鎵緩沖層的厚度＜所述硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電子擴(kuò)散層的厚度＜硅摻雜的n型氮化鎵層的厚度。

優(yōu)選的，所述的一種N型氮化鎵基發(fā)光二極管，其中：所述氮化鎵緩沖層的厚度為15-25nm，所述硅摻雜的n型氮化鎵層的厚度為2-3μm。

優(yōu)選的，所述的一種N型氮化鎵基發(fā)光二極管，其中：所述硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電子擴(kuò)散層的厚度為30-40nm，所述硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電子擴(kuò)散層中鋁的組分含量為4％～8％，且其中硅的濃度為1E+18～3E+18cm^-3。

優(yōu)選的，所述的一種N型氮化鎵基發(fā)光二極管，其中：銦鎵氮-氮化鎵多量子阱有源發(fā)光層的周期數(shù)為5-10個周期。

優(yōu)選的，所述的一種N型氮化鎵基發(fā)光二極管，其中：所述鎂摻雜的p型氮化鎵層的厚度為30-50nm。

本實(shí)用新型技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精巧，結(jié)構(gòu)簡單，通過在硅摻雜的n型氮化鎵層和銦鎵氮-氮化鎵多量子阱有源發(fā)光層之間增加硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電子擴(kuò)散層，并通過控制電子擴(kuò)散層的組分厚度，以增加載流子在LED結(jié)構(gòu)中進(jìn)行橫向擴(kuò)展，增加電子-空穴對的復(fù)合概率，從而提高N型氮化鎵基發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說明進(jìn)行圖示和解釋。這些實(shí)施例僅是應(yīng)用本實(shí)用新型技術(shù)方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。

本實(shí)用新型揭示的一種N型氮化鎵基發(fā)光二極管，包括外延層結(jié)構(gòu)，如附圖1所示，所述外延層結(jié)構(gòu)包括從上至下依次設(shè)置的藍(lán)寶石襯底1、氮化鎵緩沖層2、非摻雜氮化鎵層3、硅摻雜的n型氮化鎵層4、硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電子擴(kuò)散層5、銦鎵氮-氮化鎵多量子阱有源發(fā)光層6、鋁摻雜氮化鎵層7、鎂摻雜的p型氮化鎵層8以及透明導(dǎo)電層9，所述透明導(dǎo)電層9上設(shè)置有p型電極10，所述硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電子擴(kuò)散層5上還設(shè)置有n型電極11。

其中，所述硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電子擴(kuò)散層5中鋁的組分含量為4％～8％，優(yōu)選為6％，且所述硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電子擴(kuò)散層5中硅的濃度為1E+18～3E+18cm^-3，優(yōu)選為2E+18cm^-3。

并且，所述氮化鎵緩沖層2的厚度＜所述硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電子擴(kuò)散層5的厚度＜硅摻雜的n型氮化鎵層4的厚度，詳細(xì)的，所述氮化鎵緩沖層2的厚度優(yōu)選為15-25nm，所述硅摻雜的n型氮化鎵層4的厚度優(yōu)選為2-3μm，所述硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電子擴(kuò)散層5的厚度為20-40nm，優(yōu)選為30-40nm，更優(yōu)選為20nm。

同時，所述銦鎵氮-氮化鎵多量子阱有源發(fā)光層6的周期數(shù)為5-10個周期；所述鋁摻雜氮化鎵層7的厚度為40-80nm，所述鎂摻雜的p型氮化鎵層8的厚度為30-50nm，所述透明導(dǎo)電層9的厚度為5-10nm。

包括此種外延層結(jié)構(gòu)的LED工作時，載流子在經(jīng)過所述硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電子擴(kuò)散層5時進(jìn)行橫向擴(kuò)展，從而增加電子-空穴對的復(fù)合概率，從而使得LED燈具有更好的發(fā)光效率。

進(jìn)一步，上述的N型氮化鎵基發(fā)光二極管的外延層結(jié)構(gòu)加工時，采用常規(guī)的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積MOCVD外延生長方法生長，其具體步驟如下：

S1，將晶向的藍(lán)寶石襯底1放入反應(yīng)室，在氫氣氛圍中升溫至1080至1100℃，對圖形化藍(lán)寶石襯底進(jìn)行高溫凈化2至5分鐘；

S2，降溫至520至550℃，在所述藍(lán)寶石襯底1生長15至25nm厚度的氮化鎵緩沖層2；

S3，升溫至1020至1040℃，在所述氮化鎵緩沖層2上生長2至2.5μm厚度的非摻雜氮化鎵層3；

S4，調(diào)整溫度至1060至1080℃，在所述非摻雜氮化鎵層3上生長2至3μm厚度的硅摻雜n型氮化鎵層4；

S5，降溫至960至1000℃，在所述硅摻雜n型氮化鎵層4上生長30至40nm厚度的硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電流擴(kuò)散層5；

S6，調(diào)整溫度至700至900℃，在所述硅摻雜的低溫n型鋁鎵氮的電流擴(kuò)散層5上生長5至10個周期的銦鎵氮-氮化鎵多量子阱有源發(fā)光層6；

S7，升溫到900至1000℃，在所述銦鎵氮-氮化鎵多量子阱有源發(fā)光層6上生長40至80nm鋁摻雜氮化鎵層7；

S8，保持溫度900到1000℃，在所述鋁摻雜氮化鎵層7上生長30到50nm的鎂摻雜P型氮化鎵層8；

S9，降溫至700到800℃，在所述鎂摻雜P型氮化鎵層8上生長5到10nm的透明導(dǎo)電層9；

S10，降溫至室溫，結(jié)束生長過程。

本實(shí)用新型尚有多種實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。