紫外發光二極管和其制備方法
【專利說明】紫外發光二極管和其制備方法
[0001]本發明以韓國專利申請N0.10-2013-0145122為優先權并主張其權益，該韓國專利申請的申請日為2013年11月27日，其在這里以引用的方式并入本發明，就如在本發明中詳盡描述。
技術領域
[0002]本發明涉及一種無機半導體發光二極管，并且更特別地，涉及氮化物基紫外(UV)發光二極管和制備其的方法。
【背景技術】
[0003]通常地，發射波長范圍為200nm到365nm的紫外光的發光二極管可以被用于多種用途，包括滅菌裝置或生物氣溶膠熒光檢測裝置的激勵源。
[0004]這樣的氮化物基UV發光二極管通常生長在生長襯底上，例如藍寶石襯底或氮化鋁襯底。另外，最近已經提出了關于制備垂直型UV發光二極管的技術(見W02008/054995)。
[0005]與通常的近紫外或藍光發光二極管不同，發射相對遠的紫外光的發光二極管包括包含Al的阱層，例如AlGaN。由此，阻擋層或接觸層包含了比阱層更多量的Al，使其具有比阱層更寬的帶隙。
[0006]圖1是顯示了制備通常的紫外發光二極管的方法的剖面示意圖，且圖2是圖1的紫外發光二極管的有源區的放大剖面圖。
[0007]參考圖1和2，緩沖層23，和AlN層25、η型AlGaN層27、有源區的多量子阱結構30和P型AlGaN層31依次形成于襯底21上。
[0008]襯底21是藍寶石襯底，且緩沖層23作為激光剝離過程的犧牲層，其通常由GaN制成。緩沖層23可以包括核層和高溫緩沖層，如現有技術中已知的。
[0009]如現有技術已知的，支撐襯底連接到P型AlGaN層31的上表面，且襯底21通過激光剝離來移除。另外，緩沖層23和AlN層25還可以移除以暴露η型AlGaN層27的表面。
[0010]這里，有源區30具有多量子阱結構，其中阻擋層30b和阱層30w交替堆疊在另一個之上。在有源區30中，最下的層和最上的層可以是阻擋層30b或阱層30w。
[0011]在傳統技術中，阻擋層30b和阱層30w由包含Al的氮化物基半導體制成，例如AlGaN或Al InGaN。當AlGaN層或Al InGaN層堆疊在另一個之上時，每一層的殘余應力弓I起了相比InGaN/GaN的情況更明顯的帶彎曲現象。結果，紫外發光二極管的內部量子效率降低，且隨著增長的電流，光的波長出現顯著的變化。另外，當準確的厚度控制失敗時，在有源區30上形成的層，例如P型AlGaN層31，會遭受破裂，通過這引起發光二極管的故障。
[0012]另一方面，在傳統技術中，阻擋層和阱層由AlGaN或AlInGaN制成。阻擋層或阱層通常具有非常小的納米尺寸的厚度。當薄層由AlGaN或AlInGaN層制成，生長的層的組成強烈的依賴于在其下形成的層的組成。即是，甚至當AlGaN層在相同的條件下生長，在AlGaN層下面的氮化物基的半導體層的組成變化引起生長的AlGaN層具有不同的組成。
[0013]因此，在逐次的或晶片到晶片的條件下制備具有均一的光電特性的發光二極管是困難的，并且就光電性質而言，用同樣的晶片制備的發光二極管顯示出顯著的不同。
【發明內容】
[0014]本發明的一個方面提供了一種氮化鎵基的紫外發光二極管，其可以阻止晶體缺陷的產生，例如破裂，以及制備其的方法。
[0015]本發明的另一方面提供了一種發光二極管，其使得阱層和/或阻擋層的組成得到了均一的控制，以及制備其的方法。
[0016]本發明的另一方面提供了一種紫外發光二極管，其顯示了均一的光電特性，以及制備其的方法。
[0017]根據本發明的一個方面，一種紫外發光二極管包括:介于η型氮化物基半導體層和P型氮化物基半導體層之間的有源區，其中所述有源區包括多個包含Al的阻擋層，多個包含Al的阱層且其與阻擋層交替堆疊，和至少一個調節層。每個調節層位于阱層和阻擋層之間，鄰接阱層且由二元氮化物半導體制成。
[0018]調節層的設置可以減少有源區的應力，同時使得阱層和/或阻擋層的組成得到均一的控制。
[0019]二元氮化物半導體可以包括GaN或Α1Ν。特別地，AlN具有比阱層寬的帶隙，且因此不會吸收阱層產生的光，由此減少了光損失。
[0020]在一個實施例中，所述至少一個調節層可以包括鄰接阱層的阱-調節層，其位于阱層的朝向N型氮化物基半導體層的一側。
[0021]在一個實施例中，所述至少一個調節層可以包括鄰接阻擋層的阻擋-調節層，其位于阻擋層的朝向N型氮化物基半導體層的一側。
[0022]所述至少一個調節層可以包括阱-調節層和阻擋-調節層。
[0023]所述阻擋層可以具有恒定的組成，但不限于此。可變換的，阻擋層可以具有梯度的組成。在一個實施例中，鄰近阱-調節層的阻擋層可以為梯度組成的層，其具有向著阱-調節層增加的Al含量。
[0024]多個阻擋層和阱層可以由AlInGaN或AlGaN制成。另外，每個η型氮化物基導體層和P型氮化物基半導體層可以包括AlInGaN或AlGaN層。
[0025]根據本發明的另一方面，一種紫外發光二極管包括:介于η型氮化物基半導體層和P型氮化物基半導體層之間的有源區，其中所述有源區包括多個包含Al的阻擋層和多個包含Al的阱層，且其與阻擋層交替堆疊，至少一個阻擋層包括梯度-組成層，其形成于阱層之間并具有向著P型氮化物基半導體層增加的Al含量。進一步地，位于P型氮化物半導體層一側的梯度-組成層的遠端由AlN形成。
[0026]梯度-組成層的遠端設置為由AlN形成，這有利于控制在其上形成的阱層的組成。
[0027]另外，紫外發光二極管可以進一步包括二元氮化物半導體的調節層，其形成于有源區和η型氮化物半導體層之間，且鄰接有源區。鄰接有源區的調節層可以由GaN或AlN制成。
[0028]多個阱層可以由AlInGaN或AlGaN制成。另外，多個阻擋層可以包括AlInGaN或AlGaN0
[0029]根據本發明的另一方面，提供了一種制備包括介于η型氮化物基半導體層和P型氮化物基半導體層之間的有源區的紫外發光二極管的方法。所述方法包括:在襯底上生長η型氮化物基半導體層；通過在η型氮化物基半導體層上交替的生長多個包含Al的阻擋層和多個包含Al的阱層來制備有源區；和在有源區上生長P型氮化物基半導體層。另外，有源區的制備可以包括在生長至少一個阱層或至少一個阻擋層之前生長調節層，且調節層由二元氮化物半導體制成。
[0030]在阱層或阻擋層生長之前，生長二元氮化物半導體的調節層，通過其生長在其上的阱層或阻擋層的組成可以被容易的控制。
[0031]調節層可以由GaN或AlN制成。特別地，AlN具有比阱層寬的帶隙，且因此不會吸收阱層產生的光，通過此減少了光損失。
[0032]有源區的制備可以包括在每個阱層和阻擋層的生長之前生長所述調節層。
[0033]多個阻擋層和多個阱層可以由AlInGaN或AlGaN制成。
[0034]根據本發明的又一方面，提供了一種制備包括介于η型氮化物基半導體層和P型氮化物基半導體層之間的有源區的紫外發光二極管的方法。所述方法包括:在襯底上生長η型氮化物基半導體層；通過在η型氮化物基半導體層上交替生長多個包含Al的阻擋層和多個包含Al的阱層來制備有源區；和在有源區上生長P型氮化物基半導體層。另外，在多個阻擋層之中，位于阱層之間的至少一個阻擋層可以形成為梯度-組成的層，其在阱層上具有向著P型氮化物基半導體層增加的Al含量，并且所述梯度-組成的層的遠端可以具有AlN的組成。
[0035]梯度-組成的層的遠端的設置為具有AlN的組成，這有利于控制在其上形成的阱層的組成。
[0036]多個阻擋層和多個阱層可以由AlInGaN或AlGaN形成。
[0037]另外，制備紫外發光二極管的方法進一步包括在制備有源區之前制備二元氮化物半導體的調節層。二元氮化物半導體可以為GaN或Α1Ν。
[0038]根據本發明的實施例，調節層在阱層或阻擋層生長之前生長，通過其在其上生長的阱層或阻擋層的組成可以被容易地控制。另外，對阱層和阻擋層的組成的均一控制提供了一種氮化鎵基紫外發光二極管，其可以阻止結晶缺陷的產生，例如破裂。
【附圖說明】
[0039]本發明的上述和其他方面、特征和益處通過以下的實施例，并結合附圖的詳細描述將變得更為清楚，其中:
[0040]圖1為顯示了制備通常的紫外發光二極管的方法的剖面示意圖；
[0041]圖2為圖1所示的紫外發光二極管的有源區的放大剖面圖；
[0042]圖3為根據本發明的一個實施例的紫外發光二極管的有源區的放大剖面圖；
[0043]圖4為根據本發明的另一個實施例的紫外發光二極管的有源區的放大剖面圖；
[0044]圖5中的(a)和圖5中的(b)為根據圖3和圖4的實施例制備的樣品的截面的TEM顯微圖；
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