带具有变化的阱厚度的多量子阱结构的基于III族氮化物的发光二极管结构技术领域
本发明涉及微电子器件及用于其的制造方法，并且更具体地，本发明涉及可以在诸如发光二极管（LED）之类的III族氮化物半导体器件中使用的结构。
背景技术
发光二极管（LED）被广泛地使用在消费者应用和商业应用中。LED技术的持续发展已经带来了能够覆盖可见光谱以及超过可见光谱的光谱的非常有效率且机械方面稳健的光源。与固态器件的长使用寿命相结合，这些属性已经实现了多种新的显示应用，并且已经甚至导致了LED在一般照明应用中使用从而可能代替白炽灯和荧光灯。
如对于本领域技术人员众所周知的，发光二极管通常包括有源区域，该有源区域由具有合适的带隙的材料制造，使得电子-空穴的重新组合在电流流过器件时产生了光。特别地，III族氮化物材料系统中的材料如GaN、InGaN、AlGaN、InAlGaN等已经被证明对于以相对高的效率产生蓝光、绿光和紫外光是有用的。
基于III族氮化物的LED可以在生长衬底（如碳化硅衬底）上制造，以提供水平器件（在LED的同一侧上具有两个电接触）或竖直器件（在LED的相反侧上具有电接触）。另外，生长衬底可以在制造后保持在LED上，或者被去除（例如，通过蚀刻、研磨、抛光等）。生长衬底可以被去除以便例如减小产生的LED的厚度和/或减小通过竖直LED的正向电压。水平器件（具有生长衬底或者不具有生长衬底）例如可以是倒装式键合（例如，使用焊料）于载体衬底或印刷电路板，或者通过引线键合。竖直器件（具有生长衬底或者不具有生长衬底）可以具有焊料键合于载体衬底或印刷电路板的第一端子和引线键合于载体衬底或印刷电路板的第二端子。
针对改善基于III族氮化物的器件的光输出的尝试已包括提供器件的有源区域的不同构型。这种尝试例如已包括对单个和/或两个异质结构有源区域的使用。类似地，也已经制造了具有一种或多种III族氮化物量子阱的量子阱器件。尽管这种尝试已经改善了基于III族氮化物的器件的效率，但仍然可以实现进一步的改善。
特别地，III族氮化物器件已经经历过的一个问题是电流下降的问题，这指的是光输出随着电流强度达到某一点而增大、然后开始稳定的现象。因此，器件效率可能在较高的电流处降低。尽管不受任何特定理论的限制，但当前认为，电流下降可能是一个或若干因素的结果，这些因素包括空穴注射饱和和/或在较高的器件电流处无效率地（即，不产生光）电子-空穴重新组合。
发明内容
根据一些实施例的基于III族氮化物的发光二极管包括基于p型III族氮化物的半导体层、基于n型III族氮化物的半导体层、以及在基于n型III族氮化物的半导体层上的基于III族氮化物的有源区域。有源区域包括包含相应阱层的多个顺次层叠的基于III族氮化物的阱。所述多个阱层包括具有第一厚度的第一阱层和具有第二厚度的第二阱层。第二阱层在基于p型III族氮化物的半导体层与第一阱层之间，并且第二厚度大于第一厚度。
根据一些实施例的发光二极管可以响应于被激励而发射特征在于小于大约30 nm的半峰全宽（FWHM）的光谱纯度的光。在一些实施例中，由发光二极管发射的光可以具有特征在于小于大约20 nm的FWHM的光谱纯度。在另外的实施例中，由发光二极管发射的光可以具有特征在于小于大约15 nm的FWHM的光谱纯度，并且在又一些实施例中，由发光二极管发射的光可以具有特征在于小于大约10 nm的FWHM的光谱纯度。
在一些实施例中，第一阱层具有第一带隙，第二阱层具有第二带隙，并且第一带隙可小于第二带隙。
第一阱层可以包括InX1Ga1-X1N，第二阱层可以包括InX2Ga1-X2N，其中X1>X2。
所述多个阱层可以具有随着距基于p型III族氮化物的半导体层的距离而减小的相应厚度。另外，所述多个阱层具有随着距基于p型III族氮化物的半导体层的距离而减小的相应带隙。在一些实施例中，所述多个阱层包括InXGa1-XN，其中X与相应的阱层的厚度成反比地变化。所述多个阱层具有与相应的阱层的厚度成比例地变化的相应带隙。
所述多个阱层包括InXGa1-XN，其中0<X<1，并且所述多个阱层具有随着距基于p型III族氮化物的半导体层的距离而增加的铟成分。
所述多个阱层具有从阱层向阱层大致线性减小的厚度。
所述多个阱层可以包括具有第一厚度的第一多个阱层和具有第二厚度的第二多个阱层。
所述多个阱层可以包括具有第一厚度的第一多个阱层以及第二多个阱层，该第二多个阱层具有从第一厚度向第二厚度增大的厚度。
第二多个阱层可以具有从第一厚度向第二厚度大致线性增大的厚度。
第二多个阱层可以位于第一多个阱层与基于p型III族氮化物的半导体层之间。
所述多个阱层可以包括第一多个阱层和具有第二厚度的第二多个阱层，所述第一多个阱层具有从第一厚度向第二厚度增大的厚度。
第一多个阱层具有从第一厚度向第二厚度大致线性增大的厚度。
第二多个阱层可以位于第一多个阱层与基于p型III族氮化物的半导体层之间。
在一些实施例中，第二厚度可以比第一厚度大至少大约18%。在特定实施例中，第二厚度可以比第一厚度大大约25%。在其他实施例中，第二厚度可以比第一厚度大大约35%。在另外的实施例中，第二厚度可以比第一厚度大大约40%。在又一些实施例中，第二厚度可以比第一厚度大大约50%。
阱层可以包括铟，并且第一阱层中的铟成分可以大于第二阱层中的铟成分。阱层中的铟的成分可以在大约0.05到大约0.5之间变化。
发光二极管还可以包括位于阱层中的相应层上的多个势垒层，所述多个势垒层包括：在第一阱层上且位于第一阱层与基于p型III族氮化物的半导体层之间的第一势垒层，以及在第二阱层上且位于第二阱层与基于p型III族氮化物的半导体层之间的第二势垒层，并且第一势垒层可以比第二势垒层厚。
发光二极管还可以包括位于所述多个阱层中的相应层上的多个势垒层，所述多个势垒层具有随着距基于p型III族氮化物的半导体层的距离而增大的厚度。在一些实施例中，势垒层具有大约相同的厚度。另外，势垒层的厚度可以以与阱层的厚度变化不相关的方式变化。
发光二极管还可以包括位于阱层中的相应层上的多个势垒层，所述多个势垒层包括：在第一阱层上且位于第一阱层与基于p型III族氮化物的半导体层之间的第一势垒层，以及在第二阱层上且位于第二阱层与基于p型III族氮化物的半导体层之间的第二势垒层，并且第二势垒层可以比第一势垒层厚。
发光二极管还可以包括位于所述多个阱层中的相应层上的多个势垒层，所述多个势垒层具有随着距基于p型III族氮化物的半导体层的距离而减小的厚度。
有源区域可以包括多个阱组。每个阱组可以包括：基于III族氮化物的阱支撑层，其中基于III族氮化物的阱层位于阱支撑层上；以及位于基于III族氮化物的阱层上的基于III族氮化物的阱覆盖层。阱支撑层与阱覆盖层的组合厚度可以从大约50 到大约400。阱层具有从大约10到大约50的厚度。
根据另外的实施例的基于III族氮化物的发光二极管包括基于n型III族氮化物的半导体层和基于p型III族氮化物的半导体层，基于p型III族氮化物的半导体层与基于n型III族氮化物的半导体层形成P-N结。在基于n型III族氮化物的半导体层上的基于III族氮化物的有源区域与P-N结相邻。有源区域包括包含相应阱层的多个顺次层叠的基于III族氮化物的阱。所述多个阱层可包括具有第一厚度的第一阱层和具有第二厚度的第二阱层。第二阱层位于P-N结与第一阱层之间，并且第二厚度大于第一厚度。
形成基于III族氮化物的发光二极管的方法包括：设置基于n型III族氮化物的半导体层；在基于n型III族氮化物的半导体层上设置基于III族氮化物的多阱有源区域，该有源区域包括包含相应阱层的多个顺次层叠的基于III族氮化物的阱；以及在有源区域上设置基于p型III族氮化物的半导体层。所述多个阱层中的第一层具有第一厚度，而所述多个阱层中的第二层具有第二厚度。所述多个阱层中的第二层形成在基于p型III族氮化物的半导体层与所述多个阱层中的第一层之间，并且第二厚度大于第一厚度。
根据另外的实施例的基于III族氮化物的发光二极管包括：基于p型III族氮化物的半导体层；与基于p型III族氮化物的半导体层形成P-N结的基于n型III族氮化物的半导体层；以及在基于n型III族氮化物的半导体层上的基于III族氮化物的有源区域。该有源区域包括包含相应阱层的顺次层叠的基于III族氮化物的多个阱。所述多个阱层可以包括具有第一厚度的第一阱层和具有第二厚度的第二阱层，其中第二厚度大于第一厚度。响应于被激励，发光二极管可以发射具有特征在于小于大约30 nm的半峰全宽（FWHM）的光谱纯度的光。在一些实施例中，由发光二极管发射的光可以具有特征在于小于大约20 nm的FWHM的光谱纯度。在另外的实施例中，由发光二极管发射的光可以具有特征在于小于大约15 nm的FWHM的光谱纯度，并且在又一些实施例中，由发光二极管发射的光可以具有特征在于小于大约10 nm的FWHM的光谱纯度。
根据一些实施例的基于III族氮化物的发光二极管包括：第一发光阱层，其具有第一厚度并且构造成当通过使电流流过其中而被激励时产生具有第一主波长的光；以及第二发光阱层，其具有不同于第一厚度的第二厚度并且构造成当通过使电流流过其中而被激励时产生具有第二主波长的光。在一些实施例中，第一主波长可以不同于第二主波长只是大约10 nm。在其他实施例中，第一主波长可以不同于第二主波长只是大约5 nm。在另外的实施例中，第一主波长可以不同于第二主波长只是大约2.5 nm。
根据一些实施例的产生光的方法包括使电流流过包括第一阱层和第二阱层的发光器件的有源层，第一阱层构造成在第一电流密度处具有增加的内部量子效率而第二阱层构造成在不同于第一电流密度的第二电流密度处具有增加的内部效率。
附图说明
当结合附图审阅时，本发明的其他特征将从下面对其具体实施例的详细描述中更加容易理解，在附图中：
图1是III族氮化物发光二极管结合实施例的示意图。
图2是III族氮化物发光二极管结合另外实施例的示意图。
图3A和3B是根据一些实施例的多量子阱结构的一些部分的示意图。
图4是根据一些实施例的多量子阱结构的示意图。
图5是根据另外的实施例的多量子阱结构的示意图。
图6A、6B、6C、6D、6E、6F、6G、6H、6I、6J和6K图示了根据一些实施例的多量子阱结构中的量子阱厚度的变化。
图7A图示了根据一些实施例的多量子阱结构中的线性阱层厚度变化。
图7B、7C和7D图示了根据一些实施例的多量子阱结构中的势垒层厚度变化。
图8A、8B、9A和9B图示了根据一些实施例的多量子阱结构中的量子阱厚度变化和相对应的铟成分变化。
图10图示了根据一些实施例的具有带有恒定厚度阱的多量子阱结构和带有可变厚度阱的多量子阱结构的器件的亮度的可变性。
图11图示了对于根据一些实施例的具有带有恒定厚度阱的多量子阱结构和带有可变厚度阱的多量子阱结构的器件，强度与电流的曲线拟合函数。
图12A、12B、12C和12D图示了对于根据一些实施例的具有带有恒定厚度阱的多量子阱结构和带有可变厚度阱的多量子阱结构的器件，当分别在2 mA、5 mA、20 mA和40 mA的正向电流水平被驱动时发光强度的可变性。
图13A、13B和13C图示了对于根据一些实施例的具有带有恒定厚度阱的多量子阱结构和带有可变厚度阱的多量子阱结构的器件，当分别在20 mA、50 mA和150 mA的正向电流水平被驱动时辐射通量的可变性。
图14图示了对于根据一些实施例的具有带有恒定厚度阱的多量子阱结构和带有可变厚度阱的多量子阱结构的器件，在150 mA的正向电流处所测量的辐射通量与在20 mA的正向电流处所测量的辐射通量的比。。
具体实施方式
现在将在下文中参照在其中示出了本发明优选实施例的附图更全面地描述本发明。然而，本发明可以多种不同的形式实现，且不应理解为局限于在此所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式将使得本公开透彻而完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域技术人员。在附图中为清楚起见,可能放大了层和区域的相对厚度。相同的附图标记从头至尾表示相同的元件。应当理解，当诸如层、区域或衬底之类的元件被称为位于另一个元件“上”或者延伸到另一个元件“上”时，该元件能够直接地位于所述另一个元件“上”或者直接延伸到所述另一个元件“上”或者也可以存在居中元件。相反，当元件被称为直接地位于另一个元件“上”或者直接地延伸到另一个元件“上”时，则不存在居中元件。另外，本文描述和示意的每个实施例也包括其互补导电类型的实施例。
除非另外限定，否则本文使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）都具有与如本发明所属领域的普通技术人员所普遍理解的含义相同的含义。应当进一步理解，本文使用的术语应当解释为具有与其在本说明书和相关领域的背景中的含义相一致的含义，并且不应在理想化或过于形式的意义上进行解释，除非本文明确地如此限定。
将参照图1描述本发明的实施例，图1图示了发光二极管（LED）结构40。图1的LED结构40包括衬底10，衬底10可以是4H或6H n型碳化硅。衬垫10还可以包括蓝宝石、块状氮化镓、硅、或另一种合适的衬底。然而，将理解到，衬底10是可选的，并且可以从最终的器件结构中省去。被包括在图1的LED结构40中还是分层的半导体结构，其包括位于衬底10上的基于氮化镓的半导体层。即，图示的LED结构40包括下面这些层：氮化物缓冲层11，其可以包括AlGaN；第一硅掺杂氮化物层12，其可以包括GaN；第二硅掺杂氮化物层14，其可以包括GaN；氮化物超晶格结构16，其可以包括硅掺杂GaN和/或InGaN的交替层；氮化物有源区域18，其可以由如多量子阱（MQW）结构的多阱结构提供；未掺杂的氮化物层22，其可以包括AlGaN；氮化物层30，其可以包括掺杂有p型杂质的AlGaN；以及氮化物接触层32，其同样掺杂有p型杂质。
图1中层的标记仅被提供为示例，并且根据本发明的实施例的一种结构可以具有由不同于图1中所示的材料的材料所形成的层。
如本文所使用的，发光器件的“有源区域”指的是多数和少数电载流子（例如，空穴和电子）重新组合以产生光的区域。通常，根据本发明的实施例的有源区域能包括双异质结构或阱结构，如量子阱结构。“氮化物层”指的是基于氮化物的III-V半导体层，如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN和/或AlInGaN。
可以利用氨作为源气体与诸如氢气（H2）、氮气（N2）、一种或多种惰性气体和/或其混合物的载体气体（一种或多种）一起来生长接触层32。另外，接触层32可以在包括氮气（N2）、一种或多种惰性气体、氧气（O2）和/或其混合物的环境中，在至少大约750摄氏度的温度经受沉积后退火。
所述结构还包括位于衬底10上的n型欧姆接触23和位于接触层32上的p型欧姆接触24。
缓冲层11可以包括具有分级铝成分的n型AlGaN。在转让给本发明的受让人的美国专利5,393,993、5,523,589和7,034,328中提供了位于碳化硅和III族氮化物材料之间的缓冲层的示例，这些专利的公开内容通过引用的方式并入，如同在此对其进行了完整的阐述一样。类似地，本发明的实施例还可以包括诸如在发明名称为“Group III Nitride Photonic Devices on Silicon Carbide Substrates With Conductive Buffer Interlayer Structure”的美国专利No. 6,201,262中描述的那样的结构，该美国专利的公开内容通过参引的方式并入本文，如同在此对其进行了完整的阐述一样。
根据一些实施例的基于III族氮化物的LED可以设置为水平器件（其中两个电接触位于LED的同一侧上）或竖直器件（其中电接触位于LED的相反侧）。另外，生长衬底可以在制造后保持在LED上，或者被（例如过蚀刻、研磨、抛光等）去除。生长衬底可以被去除以便例如减小产生的LED的厚度和/或减小通过竖直LED的正向电压。水平器件（具有生长衬底或者不具有生长衬底）例如可以倒装式键合（例如，使用焊料）到载体衬底或印刷电路板，或通过引线键合。竖直器件（具有生长衬底或者不具有生长衬底）可以具有通过焊料键合到载体衬底、管座（header）、子管脚（submount）或印刷电路板的第一端子和通过引线键合到载体衬底、管座、子管脚或印刷电路板的第二端子。
第一GaN层12可以在大约500 nm和6000 nm厚之间（含500 nm和6000 nm），并且在一些实施例中可以厚大约4000 nm。可以硅在大约5 x 1017 cm-3至7 x 1018 cm-3的水平对第一氮化物层12进行掺杂。第二氮化物层14可以在大约10至500厚之间（含10和500），并且在一些实施例中，可以为大约80厚。可以硅在小于大约5 x 1019 cm-3的水平对第二氮化物层14进行掺杂。
超晶格结构16可以包括InXGa1-XN和InYGa1-YN的交替层，其中X在0和1之间（包括0和1）并且X不等于Y。在一些实施例中，X=0，使得超晶格结构16包括GaN和InGaN的交替层。在一些实施例中，InGaN的交替层中的每一个的厚度为大约5-40厚（含5和40），并且GaN的交替层中的每一个的厚度为大约5-100厚（含5和100）。在某些实施例中，GaN层为大约50厚，并且InGaN层为大约15厚。超晶格结构16可以包括从大约5到大约50个周期（其中，一个周期等于包括超晶格的InXGa1-XN层和InYGa1-YN层中的每一个的一次重复）。在一个实施例中，超晶格结构16包括25个周期。在另一个实施例中，超晶格结构16包括10个周期。然而，周期的数量可以例如通过增加相应的层的厚度来减少。因此，例如，使层的厚度加倍可以与周期的数量减半起使用。可替代地，周期的数量和厚度可以彼此独立。
在一些实施例中，诸如以硅等n型杂质在从大约1 x 1017 cm-3到大约5 x 1019 cm-3的水平对超晶格16进行掺杂。这种掺杂水平可以是超晶格16的层的实际掺杂或平均掺杂。如果这种掺杂水平是平均掺杂水平，那么提供与超晶格结构16相邻的掺杂层可能是有益的，这些掺杂层提供期望的平均掺杂，其中，相邻层的掺杂在相邻层和超晶格结构16上是平均的。通过在衬底10与有源区域18之间设置超晶格16，可以提供更好的表面以在该表面上生长基于InGaN的有源区域18。尽管不希望受任何操作理论的限制，但认为超晶格结构16中的应变效应提供了有利于高质量的含InGaN有源区域的生长的生长表面。另外，已知超晶格会影响器件的工作电压。对超晶格厚度和成分参数的适当选择可降低工作电压并增加光学效率。
超晶格结构16可以在氮气或其他气体的环境中生长，这种环境能够实现在结构中生长较高质量的InGaN层。通过在氮气环境中在硅掺杂GaN层上生长硅掺杂InGaN/GaN超晶格，可以实现具有改善了结晶度和/或导电性且优化了应变的结构。
通常，可以使用氨作为源气体与诸如氢气（H2）、氮气（N2）、一种或多种惰性气体和/或其混合物的载体气体（一种或多种）一起来生长结构中基于GaN的层。
有源区域18包括多个发光阱，这些发光阱包括被高带隙覆层或限制层夹在中间的低带隙半导体材料的薄层，并且在一些实施例中，这些发光阱可以是量子阱。如本领域已知的，量子阱层是非常薄的半导体材料层，一般小于大约50 nm，其被具有比量子阱层高的带隙的势垒层或限制层包围。势垒层和量子阱层一起形成量子阱。特别地，量子阱层如此薄以致量子阱中的可容许能量水平呈离散值，使得与具有容许能量水平的平滑分布的块状材料相比，量子阱在最低容许（离散）能量水平表现出基本的态密度。由于在与块重新组合/发射相比时提高了的效率和/或光谱纯度，量子阱可以通过载流子重新组合产生光子。载流子重新组合发生在电子填充被空穴占据的晶体晶格中的空间并且移动到较低能态时，其将能量以热和/或光的形式释放。在各种实施例中，阱可以薄到足以表征为量子阱或者可以没有足够薄而被表征为量子阱，并且本发明不局限于包括量子阱的有源区域。
在本发明的特定实施例中，有源区域18包括多阱结构，该多阱结构包括被势垒层（图1中未示出）分开的多个InGaN阱层。
在如图1所示的LED中，少数载流子（例如，空穴）从位于有源区域18处或有源区域18附近的P-N结50被注入到有源区域18中。在源区域18中，注入的少数载流子（例如，空穴）可以扩散到其中一个量子阱内，在该量子阱处，少数载流子能够与多数载流子（例如，电子）重新组合，从而导致光的光子的产生。P-N结可以被设置得足够靠近有源区域18，以使注入的少数载流子能够以较高的概率扩散到有源区域18中，并且在量子阱中与多数载流子重新组合。特别地，P-N结50可以设置在距离有源区域18大约0和50 nm之间。
尽管有源区域18能够具有与超晶格从表面上看类似的结构，但有源区域18可被通过多种方式与超晶格结构16区分开。特别地，基于阱的有源区域结构中的阱层的带隙一般是器件中的任何层中最低的，使得载流子重新组合最可能发生在阱层中。基于阱的结构中的阱层的带隙被调整以产生光发射的期望波长。另外，与超晶格结构16相比，有源区域18可被设置地更靠近器件的P-N结。此外，可以为了导电性而对超晶格结构16进行掺杂，而有源区域层通常仅被非有意地掺杂。
根据一些实施例，有源区域18中的阱可以具有一个或多个属性，如阱厚度、阱带隙、材料成分和/或势垒层厚度，这些属性随着距P-N结的距离而变化，这将在下面更详细地描述。在一些实施例中，一个或多个属性可以被调整，从而以各种电流密度增加载流子在一些量子阱中的重新组合，如下面更详细说明的那样。
势垒层22设置在有源区域18上，并且可以包括具有厚度在大约0和300之间（包括0和300）的未掺杂GaN、AlGaN和/或AlInGaN层。如本文所使用的，“未掺杂”指的是不是特意地被掺有杂质的层或区域。将理解到，基于III族氮化物的材料一般地是如自然生长的n型，并且因此势垒层22可以是如生长的n型。势垒层22可以为大约40或更厚。如果势垒层22包括AlGaN，那么这种层中的铝的百分比可以为大约0-70%，并且在一些情况中为大约55%或更少。势垒层22中铝的水平也可以逐步或连续减小的方式分级。势垒层22可以在比多量子阱有源区域18中的生长温度高的温度处生长，以改善层22的晶体质量。在势垒层22附近，可以包括未掺杂GaN、AlGaN和/或AlInGaN的附加层。例如，LED 40可以包括位于有源区域18与势垒层22之间的大约6-9厚的未掺杂AlGaN的附加层。
在势垒层22上设置有以诸如镁的p型杂质掺杂的例如AlGaN和/或AlInGaN的基于氮化物的层30。层30可以在大约0和300厚之间（包括0和300），并且在一些情况下可以为大约150厚。例如p型GaN的接触层32设置在层30上，并且可以为大约500至2500厚，并且在一些实施例中为大约1800厚。
P-N结50可以形成在层30与层22之间的结处。然而，在一些实施例中，有可能省去层30以使P-N结50可以形成在接触层32与势垒层22之间。在另外的实施例中，可以通过对势垒层22的上部掺杂p型掺杂剂而使P-N结50形成在势垒层22内。P-N结用作将少数载流子注入到有源区域18中的机构，在有源区域18中，少数载流子能够与多数载流子重新组合以产生光子（光）。
欧姆接触24和25分别设置在接触层32和衬底10上。
图2进一步详细地示意了结合多量子阱有源区域的本发明实施例。图2所示的本发明实施例提供了包括在衬底10上生长的基于氮化镓的半导体层的分层的半导体结构100。如上所述，衬底10是可选的，并且可以是SiC、蓝宝石、硅、块状氮化镓，等等。如图2所示，根据本发明特定实施例的LED可以包括缓冲层11、第一硅掺杂氮化物层12、第二硅掺杂氮化物层14、以及包括硅掺杂GaN和/或InGaN的交替层的超晶格结构16。结构100还包括多量子阱有源区域125。未掺杂的氮化物势垒层22形成在有源区域125上，氮化物层30位于势垒层22上，并且掺有p型杂质的氮化物接触层32位于层30上。在一些实施例中，层30的一些部分也可以掺有p型杂质。LED还可以包括在衬底10上的n型欧姆接触23和在接触层32上的p型欧姆接触24。在衬底10是蓝宝石的本发明实施例中，n型欧姆接触23可以设置在n型氮化物层12和/或n型氮化物层14上。
有源区域125包括多阱结构，该多阱结构包括被居中势垒层118以交替方式分开的多个InGaN阱层120。势垒层118可以包括InXGa1-XN，其中0≤X＜1。然而，势垒层118的铟成分可以小于阱层120的铟成分，使得势垒层118具有比阱层120高的带隙。势垒层118和阱层120可以是未掺杂的（即，不是被特意以诸如硅或镁的杂质原子进行掺杂）。然而，理想的是以硅在小于5 x 1019 cm-3的水平对势垒层118进行掺杂，特别是在需要紫外发射的情况下。
在本发明的另外实施例中，势垒层118包括AlXInYGa1-X-YN，其中0＜X＜1，0≤Y＜1且X+Y≤1。通过在势垒层118的晶体中包括铟，势垒层118可以与阱层120晶格匹配，由此在阱层120中提供改善的晶体质量，这增加了器件的发光效率。AlInGaN成分还可以帮助减小可能有助于增加阱中的电子-空穴重叠的极化场，这可能导致更高效的载流子重新组合并因此导致更大的光输出。
根据一些实施例，有源区域125中的阱可以具有一种或多种属性，例如阱厚度、阱带隙、材料成分和/或势垒层厚度，这些属性随着距P-N结的距离而变化，如将在下面更详细描述的。
在另外的实施例中，图2所示的LED结构包括设置在超晶格16与有源区域125之间的可选的间隔层17。间隔层17可以包括未掺杂的GaN。类似地，也可以在图1所示的LED结构中在超晶格16与有源区域18之间设置间隔层。
仍然参照图2，势垒层22可以设置在有源区域125上，并且可以包括在大约0和350厚之间（包括0和350）的III组氮化物层，例如未掺杂的GaN或AlGaN。在一些实施例中，势垒层22可以为大约35厚。如果势垒层22包括AlGaN，那么这种层中的铝百分比可以为大约10-70%，并且在一些实施例中可以为大约55%。势垒层22中的铝的水平也可以以逐步或连续减小的方式分级。因此，在一些实施例中，势垒层22可以包括AlXGa1-XN，其中X从与邻接GaN层118的界面处的0被分级达到大约0.1至0.7。势垒层22可以在比有源区域125中的生长温度高的温度生长，以提高势垒层22的晶体质量。未掺杂的GaN或AlGaN的附加层可以被包括在势垒层22附近。例如，图2所示的LED可以包括位于有源区域125与势垒层22之间的大约6-9厚的未掺杂的AlGaN的附加层。
在势垒层22上设置有被以诸如镁的p型杂质掺杂的基于氮化物的层30。层30可以包括AlGaN且层30可以在大约0和300厚之间（包括0和300），并且在一些情况下层30可以为大约150厚。例如p型GaN的接触层32设置在层30上且可以为大约500至2500厚，而在一些实施例中可以为大约1800厚。欧姆接触24和25分别设置在p-GaN接触层32和衬底10上。
参照图3A和3B，进一步详细地示出了提供基于氮化镓的器件的多量子阱结构的本发明实施例。图3A和3B所示的多量子阱结构可以提供图1和/或图2所示的LED的有源区域。参照图3A，多量子阱有源区域225可以包括含阱层220和阱层220上的势垒层218的层的周期性重复结构221。特别地，势垒层218可以设置在阱层220与器件的P-N结之间。另外，每个阱层220可以设置在一对势垒层218之间。
参照图3B，每个势垒层218可以包括具有高晶体质量的阱支撑层218a以及位于势垒层218下方的用作量子阱层220的保护覆盖层的覆盖层218b。也就是说，当结构221生长时，覆盖层218b和阱支撑层218a可以共同形成相邻的阱220之间的势垒层218。在一些实施例中，高质量的阱支撑层218a在比用来生长InGaN量子阱层220的温度高的温度处生长。在一些实施例中，阱支撑层218a以比覆盖层218b的生长速率慢的生长速率生长。在其他实施例中，在较低温度生长过程中可以使用较低的生长速率，而在较高温度生长过程中可以利用较高的生长速率。例如，为了实现用于生长InGaN阱层220的高质量表面，阱支撑层218a可以在大约700℃和900℃之间的生长温度生长。然后，生长室的温度可以降低大约0℃至大约200℃，以允许高质量InGaN量子阱层220的生长。然后，当温度保持在较低的InGaN生长温度时，生长覆盖层218b。通过这种方式，可以制造包括高质量InGaN层的多量子阱区域。
根据一些实施例，有源区域225中的量子阱层220和/或势垒层218可以具有根据在结构中的位置而变化的厚度，如将在下面更详细描述的。
图2、3A和3B的有源区域125和225可以在含氮的环境中生长，该含氮的环境可提供提高的InGaN晶体质量。阱支撑层218a和/或覆盖层218b可以在大约50至250厚之间（包括50和250）。阱支撑层218a和覆盖层218b中相应层的组合厚度可以从大约50至250厚（包括50和250）。在一些实施例中，阱支撑层218a和/或覆盖层218b可以大于大约90厚，并且特别地，可以为大约120厚。另外，在一些实施例中，阱支撑层218a可以比覆盖层218b厚。因此，覆盖层218b可以形成为尽可能地薄，同时仍能减小来自阱层220的铟的解吸附或者阱层220的劣化。阱层120和220可以在大约10至50厚之间（包括10和50）。在一些实施例中，阱层120和220可以大于20厚而在一些实施例中可以为大约25厚。阱层120和220的厚度和铟的百分比可以变化以产生具有期望波长的光。一般地，阱层120和220中铟的百分比为大约25-30%，然而，铟的百分比可以根据期望的波长而从大约5%变化到大约50%。
在一些实施例中，超晶格结构16的带隙超过量子阱层120的带隙。这可以例如通过调节超晶格16中铟的平均百分比来实现。超晶格层的厚度（或周期）和层的平均铟百分比应当被选择为使得超晶格结构16的带隙比阱120的带隙大。通过保持超晶格16的带隙高于阱120的带隙，器件中不希望的吸收可被减小而发光发射可被提高。超晶格16的带隙可以为从大约2.95 eV到大约3.35 eV。在一些实施例中，超晶格16的带隙为大约3.15 eV。
根据一些实施例，LED器件的有源区域的结构可以被调整，以增强多阱中多数载流子和少数载流子的重新组合，由此增加器件被激励时的光输出。特别地，本发明的发明人已经确定，有源区域的结构能够被改变，以对于到有源区域中的不同水平的电流注入提高载流子重新组合。例如，有源区域的结构能够被调整，以增加载流子重新组合，并且因此增加由结构发射的光的辐射通量。在特定实施例中，可对于高电流应用增强载流子重新组合，然而，也可对于除高电流应用以外的应用增强载流子重新组合。
器件上的电偏置增加，器件内的内部电场由于在有源区域量子阱中增加的可用状态的屏蔽和填充而变化。由于内部电场的变化，一些类型的阱可以在较高的电流密度提供比其他阱更高效的载流子重新组合。一些实施例通过提供具有诸如不同的阱厚度、势垒层厚度、阱带隙和/或阱材料成分的不同特性的多阱而利用了这种现象。在根据本发明的器件中，器件中的一些阱在较低的电流密度可以更高效，而器件中的其他阱在较高的电流密度可以更高效。
为了保持由器件输出的光的光谱纯度，阱可以被调整，以无论其不同的物理特性如何而产生具有期望波长的光。因此，根据一些实施例的器件可以产生具有相对小的FHWM特性的光。FWHM——其代表“半峰全宽”——一般以纳米来测量，并且是光源的光谱纯度的量度，其中较小的FWHM值表示较高程度的光谱纯度。根据一些实施例的LED可以具有30 nm或更小的FWHM，并且在一些实施例中具有20 nm或更小的FWHM，尽管具有带不同物理特性的量子阱。这可以与所谓的“宽谱”LED相对比，“宽谱”LED包括构造成发射不同颜色的光的量子阱，由此从单个芯片产生宽谱的光。
根据一些实施例，可以通过改变多阱有源区域的阱区域的厚度对于高电流操作增加基于III族氮化物的半导体发光二极管的内部量子效率。特别地，阱层120、220的厚度可以在较靠近形成于有源区域125、225处或有源区域125、225附近的P-N结的阱层中增加。也就是说，在某些实施例中，更靠近器件结构的p型层而设置的阱层可以具有比设置地距离器件结构的p型层较远的阱层大的厚度。本发明的发明人已经发现，以这种方式形成阱层能够增加LED在较高的工作电流处所发射的光的亮度和/或器件效率。
用于基于III族氮化物的LED的外延层结构一般通过首先生长n型（且未掺杂）层、然后在n型层上生长p型层来形成，以避免反应器记忆效应，这种效应可导致p型掺杂剂甚至在用于这种掺杂剂的源气体的流动已经被切断后仍保持在系统中。因此，例如，诸如图2所示的结构100的LED结构一般通过在生长衬底上按照顺序外延生长缓冲层11、n-GaN层12、14、超晶格16、有源区域125、势垒层22、p-AlGaN层30以及接触层32而形成。因此，在一些实施例中，首先形成的有源区域125、225的层可以具有较小的厚度，而稍后形成的有源区域125、225的层可以具有较大的厚度。
基于III族氮化物的器件的有源区域中的阱层厚度可以极小，一般小于大约50。然而，阱层厚度可通过对层的生长时间进行控制而被精确地控制，例如控制在化学气相沉积（CVD）反应室中供应诸如三甲基镓（TMG）、三甲基铟（TMI）、三甲基铝（TMA）和氨（NH3）的反应气体的时间量。来自阱的发射波长可随着变化的阱厚度以及随着阱的能量深度或带隙两者而变化。如上所述，对于器件中的所有的阱，理想的是基本发射相同波长的光，使得器件的FWHM不增加到不合要求的量。为了保持来自本文描述的各种结构中所有阱的相同或基本相似的发射波长，阱的材料成分可以变化。改变阱中的材料成分将改变量子阱的带隙。例如，每个阱中的铟成分可以被调整从而保持期望的发射波长，不管例如阱厚度的差异。在一些实施例中，铟浓度能够随着阱厚度增大而减小。减小铟浓度增加了阱层材料的带隙，从而部分地或完全地抵消由于增加阱层的厚度而导致的发射波长的变化。
在图4A、4B、4C、4D、5A和5B中示出了根据一些实施例的多阱有源区域，这些多阱有源区域具有变化厚度的阱。例如，在图4A中示出了根据一些实施例的多阱有源区域325。如在其中所示的，有源区域325具有包括四个阱组321A至321D的分层式结构，其中每个阱组包括设置在相应的势垒层之间的阱层320A至320D。尽管结构325仅具有四个量子阱层，但将意识到，根据一些实施例的结构可具有任何复数个数量的阱层，并且在特定的实施例中可在其中具有十（10）个或更多个阱层。
器件的P-N结可以在有源区域325上方（即，相对于有源区域325在器件P侧上）。然而，在一些实施例中，P-N结可以设置在有源区域325内或者设置在有源区域325下方相对于有源区域325在器件的N侧上。在一些实施例中，器件的P-N结能够设置在器件的P侧上且在距离有源区域325大约0与500之间。
如图4A所示，被势垒层318分开的阱层320A至320D具有从器件的N侧向器件的P侧变化的厚度。即，阱层320A至320D具有随着距器件的P侧的距离而减小的厚度。在图4A所示的实施例中，阱层320A至320D具有随着距器件的P侧的距离而线性减小的厚度。在一些实施例中，厚度随着距P-N结的距离而减小。从层的生长顺序的角度来看，有源区域325的阱层320A至320D具有从第一阱层320A的第一厚度（T1）向最后的阱层320D的第二厚度（T2）增大的厚度，其中第二厚度T2大于第一厚度T1。因此，在一个方面，有源区域325的阱层320A至320D可以具有随着距下方的n-GaN层（例如图2所示的n-GaN层16）的距离增大而从第一阱层320A的第一厚度（T1）向最后的阱层320D的第二厚度（T2）增大的厚度。
提供具有随着距器件的P侧的距离而减小的厚度的阱层320A至320D可以导致取决于通过器件的电流的有源区域325中载流子的增强的重新组合。例如，厚度可以随着距器件的P侧的距离从阱向阱以逐步的线性方式减小（即，厚度可以从阱向阱以固定的间隔减小）。在本上下文中，“线性”意指阱厚度从阱向阱增大或减小固定的量。然而，阱层320A至320D可以设有以非线性的方式随着距器件的P侧的距离而减小的厚度，同时仍然获得增强产生增加的亮度的载流子的重新组合。事实上，在具有以非线性的方式随着距器件的P侧的距离而减小的厚度的结构中设置量子阱，可以增加载流子的重新组合，甚至超过具有线性变化的阱厚度的结构中载流子的重新组合。
阱厚度的非线性变化能够包括很多方式的变化，例如非单调方式、阶跃函数方式、指数方式、分段的线性方式、交替变化的厚度方式、或者任何其他方式。基于工作电流增加效率。
例如，参照图4B，根据一些实施例的有源区域425具有包括四个阱组421A至421D的分层式结构，其中每个阱组包括设置在相应的势垒层418之间的阱层420A至420D。器件的P-N结可以在有源区域425上方（即，相对于有源区域425在器件的p侧上）。然而，在一些实施例中，P-N结可以设置在有源区域425内或者在有源区域425下方且相对于有源区域425在器件的N侧上。
阱层420A至420D具有随着距器件的P侧的距离而非线性地减小的厚度。特别地，距离器件的P侧最远的两个阱层420A、420B具有第一厚度T1，而距离器件的P侧最近的两个阱层420C、420D具有大于第一厚度T1的第二厚度T2。
在一些实施例中，第一厚度T1可以为大约20，而第二厚度T2可以为大约30。通常，第一厚度T1可以为从大约15到大约25，而第二厚度T2可以为从大约20到大约35或更厚，尽管其他的厚度范围也是可能的。在一些实施例中，第一厚度T1可以为从大约20到大约25。第二厚度T2可以比第一厚度T1大大约18%至40%或更多。在另外的实施例中，第二厚度T2可以比第一厚度T1大大约18%至32%。在一些特定实施例中，第二厚度T2可以比第一厚度T1大大约25%。
如图4C和4D所示，在一些实施例中，量子阱厚度可以随着接近器件的N侧而增加。例如，图4C示出了包括被势垒层518分开的量子阱层520A至520D的有源区域525。阱层520A至520D具有随着距器件的P侧的距离而线性增加的厚度（即，越靠近器件的N侧阱越厚）。图4D示出了包括被势垒层618分开的量子阱层620A至620D的有源区域625。阱层620A至620D具有随着距器件的P侧的距离而非线性增加的厚度（即，越靠近器件的N侧的阱越厚）。特别地，在有源区域625中，更靠近器件的N侧的量子阱层620A和620B具有第第一厚度，而更靠近器件的P侧的量子阱层620C和620D具有小于第一厚度的第二厚度。
在一些实施例中，势垒层的厚度可以在有源区域的长度范围内变化。例如，参照图5A，有源区域725包括被势垒层718A至718E分开的阱层720A至720D。阱层720A至720D具有随着距器件的N侧的距离而线性增加的厚度（即，越靠近器件的P侧阱越厚）。势垒层718A至718E具有同样随着距器件的N侧的距离而增加的厚度。也就是说，势垒层718A至718E的厚度随着阱层720A至720D的厚度增加而增加。
在另外的实施例中，势垒层的厚度可以随着阱层的厚度增加而减小。例如，参照图5B，有源区域825包括被势垒层818A至818E分开的阱层820A至820D。阱层820A至820D具有随着距器件的N侧的距离而线性增加的厚度（即，越靠近器件的P侧阱越厚）。相反，势垒层818A至818E具有随着距器件的N侧的距离而减小的厚度。也就是说，势垒层818A至818E的厚度随着阱层820A至820D的厚度增加而减小。
在图6A至6H中示出了根据一些实施例的阱层厚度分布图，图6A至6H是作为在有源区域中具有十（10）个量子阱的根据一些实施例的发光器件结构的阱数量的函数的阱厚度的图形。在图6A至6H中，对于在结构中较早生长的阱，阱数量较低。因此，具有较高阱数量的阱可能更靠近器件的P侧。
在具有图6A至6D中所示的阱结构中的一种的发光器件中，载流子的重新组合可以增强，且因此内部量子效率可以增强，在这些结构中，阱厚度朝着器件的P侧而增加。特别地，具有根据一些实施例的阱结构的LED的相对亮度，就平均而言可以比具有用于以至少大约20 mA的电流驱动的器件的常规阱结构的类似ELD高。
图6A示出了阱厚度从T1的第一厚度向T2的第二厚度线性增加的LED结构。图6A所示的结构因此类似于图4A所示的结构。
图6B示出了第一组阱具有第一厚度T1而第二组阱具有大于第一厚度T1的第二厚度T2的结构。由于第二组阱是在第一组阱之后生长的，所以第二组阱可以比第一组阱更靠近器件的P-N结。图6B所示的结构因此类似于图5A所示的结构。
图6C示出了第一组阱具有第一厚度T1并且第二组阱具有从第一厚度T1向第二厚度T2线性地增加的厚度的结构。第二组阱可以比第一组阱更靠近器件的P-N结。
图6D示出了第一组量子阱具有从第一厚度T1向第二厚度T2线性增加的厚度并且第二组阱具有第二厚度T2的结构。第二组阱可以比第一组阱更靠近器件的P-N结。
图6E-6H示出了量子阱的厚度随着阱生长而从第一厚度T1向第二厚度T2减小的实施例。图6E示出了阱的线性减小的厚度，而图6F示出了具有以逐步方式减小的厚度的阱。图6G和6H示出了具有以非线性方式减小的厚度的阱。
图6I-6K示出了量子阱的厚度以各种方式交替变化的实施例。例如，在图6I和6J的实施例中，阱厚度在第一厚度T1与第二厚度T2之间交替，而在图6K中，阱厚度在第一厚度T1、第二厚度T2和第三厚度T3之间交替。在本发明的范围内，很多其他变化都是可能的。
图7A至7D示出了根据一些实施例的势垒层的变化厚度。图7A示出了从第一厚度T1向第二厚度T2以线性方式增加的阱厚度，从第一厚度T1向第二厚度T2的方向可以在朝向或离开器件的P侧或N侧的方向。同时，围绕阱的势垒层可以具有从第一厚度T3向第二厚度T4增加（图7B）增加、从第二厚度T4向第一厚度T3减小（图7C）减小或者随着阱层的厚度增加而保持相同（图7D）的厚度。在一些实施例中，势垒层可以具有大约50与250厚之间的厚度。在特定实施例中，第一厚度T3可以为大约50，而第二厚度T4可以为大约150。
特别地，随着阱层厚度增加而减小势垒层厚度可以是有益的。另外，减小更靠近P-N结的量子阱的阱层厚度可以是有益的。减小势垒层厚度可以以较高的电流密度提高载流子注入，并且因此可以增加产生的光的量。另外，在阱结构的底部生长较厚的势垒层以增强阱层的材料质量可以是有益的。
如上所述，较厚的阱层在高电流密度可以增强载流子重新组合。尽管不受任何特定操作理论的限制，但当前认为，通过增加量子阱层的厚度可以减少不理想的俄歇重新组合，而俄歇重新组合在高电流密度变得更有问题。俄歇重新组合指的是产生热而不是光的一种类型的载流子重新组合。这种重新组合减少了器件的内部量子效率，即，被激励的电载流子转化为有用的光子的效率。
俄歇重新组合不容易产生，而是更多地在高电流水平发生，因为其为载流子浓度的三次幂的函数。增加阱厚度被认为减小了阱中的载流子密度，这减小了俄歇重新组合发生的概率。俄歇重新组合被认为是造成在LED被以高电流水平驱动时发生的量子效率中特性“降低”的原因。另外，较宽的阱可以产生从P-N结注入的少数载流子的较少的过注射，这可以进一步提高载流子重新组合的效率。
在外延生长阶段和最后的制造器件阶段制造和测试具有不同的阱结构的多个LED器件。表1示出了阱的相对生长时间，其与阱的相对厚度相关。
表1-阱结构
表1揭示了根据一些实施例的可用来形成量子阱的生长时间和铟源气体（TMI）流率。将理解到，将被用来形成具有适当厚度的层的具体生长时间和流率将取决于使用的特定外延生长系统以及生长温度和其他参数。形成具有如本文描述的期望的层厚度的量子阱层的生长参数的优化在本领域技术人员的能力范围内。
如表1所示，A组的LED的结构对应于图4和图6A中所示的阱结构，即，其具有从第一厚度向第二厚度线性增加的厚度。B组的LED的结构对应于图4B和图6B中所示的阱结构，即，它们在阱厚度方面具有从第一厚度向第二厚度的阶梯式增加。
C组的LED的结构对应于图6C所示的阱结构，而D组的LED的结构对应于图6D所示的阱结构。E组的LED的结构具有恒定的阱厚度。
如表1中进一步所示，通过在阱生长期间减小三甲基铟（TMI）的流动、提供铟的源气体，增加阱厚度还可以伴随着减小阱中铟的量，由此在量子阱厚度增加时增加量子阱层的带隙。如上所述，减小阱中的铟浓度能够抵消由于增加阱厚度导致的发射波长的变化。
图8A和8B以及图9A和9B示出了根据一些实施例的阱厚度与铟成分之间的关系。例如，如图8A和8B所示，随着阱厚度从第一厚度T1向第二厚度T2线性地增加，阱的铟成分从高铟成分X2向低铟成分X1线性地减小。类似地，如图9A和9B所示，阱厚度从用于阱1至5的第一厚度T1向用于阱6至10的第二厚度T2增加，铟成分从对于阱1至5的高铟成分X2向对于阱6至10的低铟成分X1减小。
在一些实施例中，InXGa1-XN量子中的铟成分可以从X=0.05向X=0.2变化。
图10示出了对于具有带常规的恒定厚度阱的多阱结构的器件和对于根据一些实施例的具有带可变厚度阱的多阱结构的器件的亮度的变化性。特别地，组72表示表1中具有带恒定厚度阱的有源区域的E组的发光器件的相对亮度，而组74表示表1中具有带图4A和6A所示的厚度（即，随着靠近P-N结而线性地增加）的阱的A组的LED的相对亮度。特别地，组74表示的器件具有带从大约25到大约32线性地增加一共大约25%的阱厚度的有源区域。
如图10所示，组74的器件具有显著地高于组72的器件的平均相对亮度的平均相对亮度。
图10进一步包括器件（组76）的相对亮度，其中阱层的厚度随着距P-N结的距离而线性地增加（即，更靠近P-N结的阱更薄——图6A所示的分布图的相反情况）。或与组72的器件相比或与组74的器件相比，该器件表现出较低的相对亮度。
图11示出了对于具有带常规恒定厚度阱的多阱结构的器件和对于根据一些实施例的具有带可变厚度阱的多阱结构的器件，强度对电流的曲线拟合函数。特别地，曲线82表示对于在有源区域中具有常规的恒定厚度量子阱层的器件，强度对电流的曲线拟合函数。曲线84表示表1中B组器件的强度对电流，该B组器件具有对于更靠近器件的P-N结的阱厚度阶跃增加的阱。曲线86表示表1中具有随着接近器件的P-N结而厚度线性增加的阱的A组器件的强度对电流。如图11所示，与具有常规层结构的器件相比，来自表1的A组和B组的器件的光发射随着工作电流更快地增加。
图12A、12B、12C和12D示出了对于具有带常规恒定厚度阱的多阱结构的器件和对于根据一些实施例的具有带可变厚度阱的多阱结构的器件，当分别在2 mA、5 mA、20 mA以及40 mA的正向电流水平被驱动时，光发射强度的可变性。如在其中所示的，相对于具有增加的驱动电流的其他器件，B组器件的发射强度增大。
图13A、13B以及13C示出了对于具有带常规恒定厚度阱的多量子阱结构的已完全制造的灯和对于根据一些实施例的具有带可变厚度阱的多量子阱结构的灯，当分别在20 mA、50 mA以及150 mA的正向电流水平被驱动时，辐射通量的变化性。在图11A至11C中能够看到，B组的器件特别地示出了当电流水平增加到150 mA时亮度的显著升高。B组结构看起来比A组结构表现更好。
图14示出了对于具有带常规恒定厚度阱的多阱结构的已完全制造的灯和对于根据一些实施例的具有带可变厚度阱的多阱结构的灯，在150 mA的正向电流处测量的辐射通量与在20 mA的正向电流测量的辐射通量的比。如在其中所示的那样，表1的B组的器件表现出平均而言在150 mA的工作电流处的辐射通量与在20 mA的工作电流处的辐射通量的最大比。相对于具有常规阱结构的器件，A组的器件显示出150mA/20mA通量比的增加。
尽管已经参照基于氮化镓的器件描述了本发明的实施例，但本发明的教导和益处也可以在其他III族氮化物中提供。因此，本发明的实施例提供基于III族氮化物的超晶格结构、量子阱结构和/或具有超晶格和/或量子阱的基于III族氮化物的发光二极管。另外，除了附图所示的层/子层之外的附加的层/子层也可以包括在根据一些实施例的器件中。另外，除了在此明确示出的变化之外的阱厚度的其他变化在一些实施例中也是可能的。
在此已经关于上文的描述及附图公开了多个不同的实施例。应当理解的是，在文字上描述和示意这些实施例的每种组合和子组合将是过于重复而模糊的。因此，所有的实施例都能够以任何方式和/或组合来组合，并且包括附图在内的本说明书应当理解为构成本文描述的实施例的所有组合和子组合以及制造和使用这些组合和子组合的方式和过程的完整书面描述，并且应支持针对任何这种组合或子组合的权利要求。例如，在一些实施例中，有源层结构可包括具有第一阱层厚度大于第二阱层厚度的第一阱层和第二阱层，其中第一阱层更靠近器件的P侧。可对在此所描述的实施例的任何组合或所描述的实施例的一些部分进行组合，以形成根据本发明的原理的有源层结构。在一些实施例中，更靠近P侧的阱层的厚度可比更靠近N侧的阱层厚，反之亦然。
在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型的优选实施例，并且，尽管采用了特定术语，但这些术语仅在一般和描述性意义上使用且不用于限制的目的，本发明的范围在所附权利要求中进行了阐述。