紫外发光二极管和其制备方法
【专利说明】紫外发光二极管和其制备方法
[0001]本发明以韩国专利申请N0.10-2013-0145122为优先权并主张其权益，该韩国专利申请的申请日为2013年11月27日，其在这里以引用的方式并入本发明，就如在本发明中详尽描述。
技术领域
[0002]本发明涉及一种无机半导体发光二极管，并且更特别地，涉及氮化物基紫外(UV)发光二极管和制备其的方法。
【背景技术】
[0003]通常地，发射波长范围为200nm到365nm的紫外光的发光二极管可以被用于多种用途，包括灭菌装置或生物气溶胶荧光检测装置的激励源。
[0004]这样的氮化物基UV发光二极管通常生长在生长衬底上，例如蓝宝石衬底或氮化铝衬底。另外，最近已经提出了关于制备垂直型UV发光二极管的技术(见W02008/054995)。
[0005]与通常的近紫外或蓝光发光二极管不同，发射相对远的紫外光的发光二极管包括包含Al的阱层，例如AlGaN。由此，阻挡层或接触层包含了比阱层更多量的Al，使其具有比阱层更宽的带隙。
[0006]图1是显示了制备通常的紫外发光二极管的方法的剖面示意图，且图2是图1的紫外发光二极管的有源区的放大剖面图。
[0007]参考图1和2，缓冲层23，和AlN层25、η型AlGaN层27、有源区的多量子阱结构30和P型AlGaN层31依次形成于衬底21上。
[0008]衬底21是蓝宝石衬底，且缓冲层23作为激光剥离过程的牺牲层，其通常由GaN制成。缓冲层23可以包括核层和高温缓冲层，如现有技术中已知的。
[0009]如现有技术已知的，支撑衬底连接到P型AlGaN层31的上表面，且衬底21通过激光剥离来移除。另外，缓冲层23和AlN层25还可以移除以暴露η型AlGaN层27的表面。
[0010]这里，有源区30具有多量子阱结构，其中阻挡层30b和阱层30w交替堆叠在另一个之上。在有源区30中，最下的层和最上的层可以是阻挡层30b或阱层30w。
[0011]在传统技术中，阻挡层30b和阱层30w由包含Al的氮化物基半导体制成，例如AlGaN或Al InGaN。当AlGaN层或Al InGaN层堆叠在另一个之上时，每一层的残余应力弓I起了相比InGaN/GaN的情况更明显的带弯曲现象。结果，紫外发光二极管的内部量子效率降低，且随着增长的电流，光的波长出现显著的变化。另外，当准确的厚度控制失败时，在有源区30上形成的层，例如P型AlGaN层31，会遭受破裂，通过这引起发光二极管的故障。
[0012]另一方面，在传统技术中，阻挡层和阱层由AlGaN或AlInGaN制成。阻挡层或阱层通常具有非常小的纳米尺寸的厚度。当薄层由AlGaN或AlInGaN层制成，生长的层的组成强烈的依赖于在其下形成的层的组成。即是，甚至当AlGaN层在相同的条件下生长，在AlGaN层下面的氮化物基的半导体层的组成变化引起生长的AlGaN层具有不同的组成。
[0013]因此，在逐次的或晶片到晶片的条件下制备具有均一的光电特性的发光二极管是困难的，并且就光电性质而言，用同样的晶片制备的发光二极管显示出显著的不同。
【发明内容】
[0014]本发明的一个方面提供了一种氮化镓基的紫外发光二极管，其可以阻止晶体缺陷的产生，例如破裂，以及制备其的方法。
[0015]本发明的另一方面提供了一种发光二极管，其使得阱层和/或阻挡层的组成得到了均一的控制，以及制备其的方法。
[0016]本发明的另一方面提供了一种紫外发光二极管，其显示了均一的光电特性，以及制备其的方法。
[0017]根据本发明的一个方面，一种紫外发光二极管包括:介于η型氮化物基半导体层和P型氮化物基半导体层之间的有源区，其中所述有源区包括多个包含Al的阻挡层，多个包含Al的阱层且其与阻挡层交替堆叠，和至少一个调节层。每个调节层位于阱层和阻挡层之间，邻接阱层且由二元氮化物半导体制成。
[0018]调节层的设置可以减少有源区的应力，同时使得阱层和/或阻挡层的组成得到均一的控制。
[0019]二元氮化物半导体可以包括GaN或Α1Ν。特别地，AlN具有比阱层宽的带隙，且因此不会吸收阱层产生的光，由此减少了光损失。
[0020]在一个实施例中，所述至少一个调节层可以包括邻接阱层的阱-调节层，其位于阱层的朝向N型氮化物基半导体层的一侧。
[0021]在一个实施例中，所述至少一个调节层可以包括邻接阻挡层的阻挡-调节层，其位于阻挡层的朝向N型氮化物基半导体层的一侧。
[0022]所述至少一个调节层可以包括阱-调节层和阻挡-调节层。
[0023]所述阻挡层可以具有恒定的组成，但不限于此。可变换的，阻挡层可以具有梯度的组成。在一个实施例中，邻近阱-调节层的阻挡层可以为梯度组成的层，其具有向着阱-调节层增加的Al含量。
[0024]多个阻挡层和阱层可以由AlInGaN或AlGaN制成。另外，每个η型氮化物基导体层和P型氮化物基半导体层可以包括AlInGaN或AlGaN层。
[0025]根据本发明的另一方面，一种紫外发光二极管包括:介于η型氮化物基半导体层和P型氮化物基半导体层之间的有源区，其中所述有源区包括多个包含Al的阻挡层和多个包含Al的阱层，且其与阻挡层交替堆叠，至少一个阻挡层包括梯度-组成层，其形成于阱层之间并具有向着P型氮化物基半导体层增加的Al含量。进一步地，位于P型氮化物半导体层一侧的梯度-组成层的远端由AlN形成。
[0026]梯度-组成层的远端设置为由AlN形成，这有利于控制在其上形成的阱层的组成。
[0027]另外，紫外发光二极管可以进一步包括二元氮化物半导体的调节层，其形成于有源区和η型氮化物半导体层之间，且邻接有源区。邻接有源区的调节层可以由GaN或AlN制成。
[0028]多个阱层可以由AlInGaN或AlGaN制成。另外，多个阻挡层可以包括AlInGaN或AlGaN0
[0029]根据本发明的另一方面，提供了一种制备包括介于η型氮化物基半导体层和P型氮化物基半导体层之间的有源区的紫外发光二极管的方法。所述方法包括:在衬底上生长η型氮化物基半导体层；通过在η型氮化物基半导体层上交替的生长多个包含Al的阻挡层和多个包含Al的阱层来制备有源区；和在有源区上生长P型氮化物基半导体层。另外，有源区的制备可以包括在生长至少一个阱层或至少一个阻挡层之前生长调节层，且调节层由二元氮化物半导体制成。
[0030]在阱层或阻挡层生长之前，生长二元氮化物半导体的调节层，通过其生长在其上的阱层或阻挡层的组成可以被容易的控制。
[0031]调节层可以由GaN或AlN制成。特别地，AlN具有比阱层宽的带隙，且因此不会吸收阱层产生的光，通过此减少了光损失。
[0032]有源区的制备可以包括在每个阱层和阻挡层的生长之前生长所述调节层。
[0033]多个阻挡层和多个阱层可以由AlInGaN或AlGaN制成。
[0034]根据本发明的又一方面，提供了一种制备包括介于η型氮化物基半导体层和P型氮化物基半导体层之间的有源区的紫外发光二极管的方法。所述方法包括:在衬底上生长η型氮化物基半导体层；通过在η型氮化物基半导体层上交替生长多个包含Al的阻挡层和多个包含Al的阱层来制备有源区；和在有源区上生长P型氮化物基半导体层。另外，在多个阻挡层之中，位于阱层之间的至少一个阻挡层可以形成为梯度-组成的层，其在阱层上具有向着P型氮化物基半导体层增加的Al含量，并且所述梯度-组成的层的远端可以具有AlN的组成。
[0035]梯度-组成的层的远端的设置为具有AlN的组成，这有利于控制在其上形成的阱层的组成。
[0036]多个阻挡层和多个阱层可以由AlInGaN或AlGaN形成。
[0037]另外，制备紫外发光二极管的方法进一步包括在制备有源区之前制备二元氮化物半导体的调节层。二元氮化物半导体可以为GaN或Α1Ν。
[0038]根据本发明的实施例，调节层在阱层或阻挡层生长之前生长，通过其在其上生长的阱层或阻挡层的组成可以被容易地控制。另外，对阱层和阻挡层的组成的均一控制提供了一种氮化镓基紫外发光二极管，其可以阻止结晶缺陷的产生，例如破裂。
【附图说明】
[0039]本发明的上述和其他方面、特征和益处通过以下的实施例，并结合附图的详细描述将变得更为清楚，其中:
[0040]图1为显示了制备通常的紫外发光二极管的方法的剖面示意图；
[0041]图2为图1所示的紫外发光二极管的有源区的放大剖面图；
[0042]图3为根据本发明的一个实施例的紫外发光二极管的有源区的放大剖面图；
[0043]图4为根据本发明的另一个实施例的紫外发光二极管的有源区的放大剖面图；
[0044]图5中的(a)和图5中的(b)为根据图3和图4的实施例制备的样品的截面的TEM显微图；
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