紫外光发光二极管的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求2014年7月29日提交的、10-2014-0096626号韩国专利申请的优先权 及权益，该文献以参考方式全文并入本文中。
技术领域
[0002] 示例性实施例涉及UV光发光二极管。更具体地，示例性实施例涉及具有改善的内 部量子效率的UV光发光二极管。更具体地，示例性实施例涉及具有改善的有源区中电子和 空穴复合效率的UV光发光二极管。
【背景技术】
[0003] 通常，氮化镓（GaN)基半导体被广泛用在UV、蓝色/绿色发光二极管或激光二极管 中，这些二极管在很多应用（包括全彩色显示器、交通标志牌、一般照明及光通讯设备）中 作为光源来使用。这种GaN基发光二极管包括InGaN基有源层，其具有位于η型GaN基半 导体层和P型GaN基半导体层之间的多量子阱结构。
[0004] 图1是典型的发光二极管的示意性剖面图，图2是图1的发光二极管的有源区的 放大剖面图。
[0005] 参见图1和图2,发光二极管包括衬底11、三维生长层13、η型接触层15、有源区 17、ρ型接触层19、η电极10及ρ电极20。在这种典型的发光二极管中，具有多量子阱结构 的有源区17设在η型接触层15和ρ型接触层19之间以改善发光效率，并且能够通过调整 多量子阱结构中InGaN阱层的In含量而发出具有期望波长的光。
[0006] 另一方面，GaN具有约3. 42eV的带隙，其对应于波长约为365nm的光的能量。因 此，考虑到归功于阱层与阻挡层之间带隙差的发光效率，在阱层中使用GaN或InGaN的发光 二极管发出波长约为400nm或更大的蓝光或UV光。为了提供发出波长为400nm或更小的 UV光的发光二极管，必须增加阱层和阻挡层的带隙，因此使用通过向GaN或InGaN中添加 A1而形成的阱层（参见10-2012-0129449A号韩国专利公开文件）。
[0007] 在包括由InGaN构成的阱层且发出波长为400nm或更大的光的有源区中，GaN或 InGaN阻挡层与阱层之间的带隙存在较大差异，从而在阱层内提供高的量子效率。然而，为 了改善有源区中的量子效率，其中所述有源区包括通过向GaN或InGaN中增加A1而具有能 够发出波长为400nm或更少的光的带隙的阱层，阻挡层必须具有更高的带隙。
[0008] 再次参见图2,在典型的发光二极管的有源区17中，阻挡层17b具有比阱层17w更 大的厚度。这种结构被设计成通过阱层17w中空穴与电子之间的复合率最大化来改善发光 效率。更确切地说，阱层和阻挡层以交替的方式彼此堆叠成至少一对。当电子和空穴被注 入到阱层并被限制于其中时，电子和空穴中的每一个均不能被视为单个粒子。也就是说，限 制在阱层中的电子和空穴根据其概率分布函数随机存在于量子阱结构中。电子和空穴的概 率分布函数可以依据不确定性原则按照存在概率通过分布曲线来表示。相应地，尽管电子 和空穴被注入到有源区中的阱层，但是根据其概率分布函数，电子和空穴有可能存在于阻 挡层中。
[0009] 此外，注入到与夹置于其间的阻挡层相邻的阱层中的每一个中的电子和空穴也按 照其概率分布函数进行分布，且存在电子和空穴迀移到相邻阱层及电子和空穴直接注入的 阱层的可能。相邻阱层中电子和空穴的概率分布函数会随机彼此重叠，阻挡层的厚度越薄 导致相邻阱层中电子和空穴的概率分布函数之间的重叠度越高。这种相邻阱层中所包含的 电子和空穴的概率分布函数彼此重叠的现象被称作概率分布函数的重叠。
[0010] 概率分布函数的重叠度越高意味着电子和空穴迀移到相邻阱层中的可能性越高， 因此电子和空穴复合的可能性降低，从而降低内部量子效率。因此，为了提高内部量子效 率，阻挡层必须具有足够的厚度或者高的带隙以阻挡电子和/或空穴迀移到相邻阱层中。
[0011] 在相关技术中，阻挡层被形成为具有特定厚度以阻挡电子和空穴迀移到相邻阱层 中。也就是说，阻挡层的厚度被设成大于或等于使得与阻挡层相邻的阱层的电子和空穴的 概率分布函数彼此间不发生重叠的厚度。使得与阻挡层相邻的阱层的电子和空穴的概率分 布函数彼此间不发生重叠的阻挡层厚度可以被称作阻挡层的趋肤深度（Skindepth)。随着 阱层和阻挡层之间的带隙差变大和阱层厚度增大，阻挡层的趋肤深度变小。例如，在具有如 下结构的有源区中，其中在所述结构中GaN阻挡层形成于含有15%的In且厚度为2nm-3nm 的InGaN讲层上以发出波长在约460nm-约440nm之间的光，由于在讲层和阻挡层之间的导 带能量差为370meV时阻挡层具有约5nm的趋肤深度，因此阱层可以具有约10nm-15nm的厚 度。
[0012] 因此，在相关技术中，由于阻挡层的厚度必须大于或等于阻挡层的趋肤深度，因此 阻挡层17b具有较厚的厚度。相应地，阻挡层充当电子和空穴迀移到各个阱层17w过程中 的阻挡屏障。因此，发光二极管的驱动电压增大，电子和空穴不均匀地被注入到阱层中，从 而导致内部量子效率的恶化。
[0013] 因此，需要开发一种发光二极管，其包括其中阻挡层具有较厚厚度和较高带隙的 有源区。 【实用新型内容】
[0014] 本实用新型的示例性实施例提供了一种发光二极管，其具有较高的带隙以允许电 子和空穴均匀地迀移到各个阱层中，从而改善内部量子效率。
[0015] 本实用新型的示例性实施例提供了一种UV光发光二极管，其中阻挡层不阻碍电 子和空穴注入到阱层中，从而使得能够在较低的驱动电压下工作。
[0016] 本实用新型的示例性实施例提供了一种UV光发光二极管，其中阻挡层的厚度小 于阱层，同时防止在阻挡层中，阱层的电子和空穴的概率分布函数彼此重叠。
[0017] 本实用新型的示例性实施例提供了一种UV光发光二极管，其中阻挡层与阱层相 比厚度更薄且带隙更高，从而防止注入各个阱层的电子和空穴扩散到相邻阱层中。
[0018] 本实用新型的示例性实施例提供了一种UV光发光二极管，其中阻挡层具有比阱 层更薄的厚度，以及能够解决电子和空穴迀移到相邻阱层中的问题的合适组成。
[0019] 根据本实用新型的一个方面，UV光发光二极管可以包括：包括AlGaN层或AlInGaN 层的η型接触层；包括AlGaN层或A1 InGaN层的p型接触层；以及具有置于η型接触层和p 型接触层之间的多量子阱结构的有源区，其中具有多量子阱结构的有源区包括以交替的方 式彼此堆叠的阱层和阻挡层，且阱层包括根据其概率分布函数存在的电子和空穴。此处，阻 挡层由AlInGaN或AlGaN形成且A1含量为10% -30%;置于阱层之间的阻挡层中的至少一 个具有比阱层之一更小的厚度；置于阱层之间的阻挡层中的至少一个的厚度和带隙防止注 入到与阻挡层相邻的阱层中且限制于其中的电子和空穴扩散到另一相邻的阱层中。
[0020] 阻挡层可以具有10 % -30 %的A1含量及0-5 %的In含量，阱层可以具有小于1 % 的A1含量和0-10%的In含量。置于阱层之间的阻挡层中的至少一个具有比阱层之一更小 的厚度。
[0021] 阻挡层中的至少一个的厚度可以为讲层之一的厚度的50%至小于100%。
[0022] 阻挡层中的至少一个的厚度可以为2nm-3nm，讲层之一的厚度可以大于3nm-4nm〇
[0023] 此外，在阻挡层当中，与η型接触层和p型接触层相邻的两个阻挡层可以具有比阱 层更大的厚度。借助这种结构，电子和空穴的迀移可以轻易地在具有多量子阱结构的有源 区内进行，脱离有源区的电子和空穴的数量可以减少。
[0024] 另外，发光二极管可以进一步包括至少一个电子控制层，其置于η型接触层和有 源区之间。此处，电子控制层可以由