具有多量子阱和非对称p-n结的发光二极管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有多量子阱的发光二极管（LED)的领域。
【背景技术】
[0002] 图1图解性地示出了根据现有技术的具有多量子阱的二极管10。
[0003] 该二极管10包括由第一 η掺杂GaN(GaN-n)层12和第二p-掺杂GaN(GaN-p)层 14形成的p-n结，其中第一 η掺杂GaN(GaN-n)层12的浓度等于IO19施主/cm3) (donors/ cm3,第二p掺杂GaN(GaN-p)层14的浓度等于2xl019受主/cm3 (acceptors/cm3)，例如这两 个层各自的厚度为几微米。
[0004] 在层12与层14之间设置了多个发射层16。本文中所描述的二极管10包括图1 中不出的三个发射层16,标记为16. 1、16. 2和16. 3,每个形成一个量子讲。发射层16包括 非有意掺杂（具有剩余施主浓度nmd= 10 17Cm 3)的Inai6Gaas4N (包含16%的铟与84%的 镓）并且厚度等于lnm。包括非有意掺杂（具有剩余施主浓度nnid= 10 17cm 3)的GaN并且 厚度等于5nm的阻挡层18 (在二极管10中有四个阻挡层，标记为18. 1、18. 2、18. 3和18. 4) 也位于层12与层14之间。四个阻挡层18中的两个阻挡层分别被插入在两个连续的发射 层16之间，而其它两个阻挡层18中的每个阻挡层分别被插入在发射层16中一个发射层与 层12之间以及发射层16中一个发射层与层14之间。
[0005] 通过在第一层12 (其随后构成二极管10的阴极）与第二层14 (构成二极管10的 阳极）侧上形成电接触来使二极管10极化。图2中示出了由此在二极管10的不同层之间 极化的二极管10的OV带结构。在该图中，单位为eV的导带具有标记20而单位也为eV的 价带具有标记22。图3中示出了二极管10的I(V)特性，换言之，示出了随二极管10的阳 极处的电压变化的该二极管10的阳极处的电流密度的值。图3示出了在二极管10的阳极 与阴极之间施加的3. 2V的极化电压能够给出等于250A/cm2的二极管10的阳极处的电流 密度，该电流密度通常对应于非常亮的发光二极管中所需的电流密度。
[0006] 图4示出了在二极管10的阳极与阴极之间施加了 3. 2V的该极化电压的情况下在 二极管10的不同层中获得的每cm3, s的对数标度上的辐射复合率。该图示出了在由第三发 射层16. 3形成的量子阱中获得了大约IO27Cm 3S 1的复合率。另一方面，在第二发射层16. 2 中该福射复合率降到大约IO23Cm3S \以及在第一发射层16. 1中降到大约IxlO19Cm3S 1C3因 此，用二极管10获得的光发射非常差地分布在二极管10的三个量子阱之间。
[0007] 二极管10中光发射的这种不均匀分布是由于电荷尤其是空穴在不同的量子阱之 间的非均匀分布而造成的，因为量子阱中的辐射复合率与量子阱中的空穴与电子的浓度的 乘积成正比。图5示出了如上所述用3. 2V的电压极化后的二极管10的不同层中获得的每 cm3的电子（用标记为24的十字表示）和空穴（用标记为26的菱形表示）的浓度。从该 图5中可以看出，电子趋于进入到使二极管10的量子阱中的辐射复合率降低的第二GaN-p 层14中。已知的是，可以通过在第四阻挡层18. 4与第二GaN-p层14之间插入包含AlGaN 的电子阻隔层来使该问题缓和。另一方面，在该图中还可以看出空穴不均匀地分布在量子 阱中：在由位于面向第二GaN-p层14的一侧上的第三发射层16. 3形成的量子阱中每cm3存 在大约IO19个空穴，而在由第二发射层16. 2形成的量子阱中每cm3存在大约10 17个空穴， 以及在由位于面向第一 GaN-n层12的一侧上的第一发射层16. 1形成的量子阱中每cm3存 在大约1〇14个空穴。然而，不同的量子阱中的电子浓度是均匀的并且等于大约IO 19Cm 3。二 极管10的光发射仅来源于由面向第二GaN-p层14的一侧上的第三发射层16. 3形成的量 子阱的事实是由于空穴不均匀地分布在二极管10的不同的量子阱之中的事实而造成的。
[0008] 图6中示出了随二极管10中的电流密度（单位为A/cm2)变化的该二极管10的 内量子效率，其中，二极管10的内量子效率对应于注入的电子数与由二极管10的量子讲发 射的光子数之间的比率。从该图中可以看出二极管10的最大内量子效率为大约4%，并且 该最大内量子效率是针对大约600A/cm 2的电流密度而获得的。该内量子效率受限于：
[0009] -在二极管10中发生的非辐射俄歇和SRH(Shockley-Read-Hall)类型的复合， [0010]-从量子阱到第二GaN-p层14的电子逃逸，
[0011]-以及还由于光发射在二极管的不同的量子阱中不均匀的事实。
【发明内容】
[0012] 本发明的一个目的是要公开一种具有多量子阱的发光二极管，该发光二极管相比 于根据现有技术的发光二极管具有更好的内量子效率。
[0013] 通过公开一种下述发光二极管来实现该目的，所述发光二极管包括：
[0014] -能够形成所述二极管的阴极的第一 η掺杂半导体层和能够形成所述二极管的阳 极的第二P掺杂半导体层，使得所述第一层和所述第二层形成所述二极管的ρ-η结；
[0015] -位于所述第一层与所述第二层之间的活性区，所述活性区包括包含有半导体并 且能够形成量子阱的至少两个发射层和多个半导体阻挡层，使得每个发射层位于在所述发 射层的相对的两个面处与该发射层接触的两个阻挡层之间；
[0016] -位于第一层与活性区之间的η掺杂半导体缓冲层，所述缓冲层的η掺杂半导体具 有小于或者等于第二层的P掺杂半导体的带隙能量的大约97%的带隙能量。
[0017] 本发明还公开一种下述发光二极管，所述发光二极管包括：
[0018] -能够形成所述二极管的阴极的第一 η掺杂半导体层和能够形成所述二极管的阳 极的第二P掺杂半导体层，所述第一层和所述第二层形成所述二极管的ρ-η结；
[0019] -位于所述第一层与所述第二层之间的活性区，所述活性区包括包含有半导体并 且能够形成量子阱的至少两个发射层和多个半导体阻挡层，使得每个发射层位于在所述发 射层的相对的两个面处与该发射层接触的两个阻挡层之间；
[0020] -位于第一层与活性区之间的η掺杂半导体缓冲层，所述缓冲层的η掺杂半导体具 有小于或者等于第二层的P掺杂半导体的带隙能量的大约97%的带隙能量；
[0021] 其中，所述阻挡层的半导体为InxGa1 ΧΝ，所述缓冲层的半导体为InzGa1 ΖΝ，以及所 述发射层的半导体为InyGa1 ΥΝ，其中X、y以及ζ为使得0. 025 < X，并且0. 025 < ζ，并且 0.1 < y，并且x〈y，并且z〈y的实数；或者
[0022] 其中，当所述二极管包括m个阻挡层时，所述阻挡层中的每个阻挡层的半导体为 InxiGa1 XiN，其中i为1与m之间的整数，所述缓冲层的半导体为InzGa1 ZN，以及所述发射层 的半导体为InyGa1 YN，其中Xi、y以及z为使得0. 025彡z，并且0. 1彡y，并且Xi〈y，并且z〈y 的实数，并且其中，每个阻挡层的半导体中的铟组分X1与其它阻挡层的铟组分不同，这些铟 组分逐渐变化并且从第一值X1开始减小直至另一值X "，所述第一值X1对应于所述阻挡层中 与所述缓冲层接触的一个阻挡层的半导体中的铟组分且X1S z，所述另一值X "对应于所述 阻挡层中与所述第二层接触的一个阻挡层的半导体中的铟组分且Xni〈Xl，并且其中m多3。
[0023] 和根据现有技术的具有多量子阱的发光二极管不同，根据本发明的发光二极管包 括下述η掺杂半导体缓冲层，该η掺杂半导体缓冲层导致二极管的结构中的非对称，并且更 具体地导致二极管的ρ-η结中的非对称，这是由于该η掺杂半导体缓冲层的带隙能量小于 或者等于第二层的带隙能量的大约97%，换言之，使得缓冲层的带隙比ρ-η结的第二ρ掺 杂半导体层的带隙小至少3% (Eg11。彡0.97Egm)。这种非对称利于二极管中的空穴的循 环，使得在二极管的活性区中的不同的量子阱中可以获得均匀的载流子（电子和空穴）的 分布。这导致了二极管的不同量子阱中的均匀的光发射，并且因此导致了二极管的更好的 内量子效率。
[0024] 优选地，缓冲层带隙比发射层或者量子阱的带隙大至少2%，由此改进量子阱中的 限制（Eg n。彡 1.02Eg106)〇
[0025] 所述第一层的η掺杂半导体和/或所述第二层的p掺杂半导体可以为GaN，和/或 所述发射层的半导体和/或所述阻挡层的半导体和/或所述缓冲层的半导体可以为InGaN。
[0026] 缓冲层（例如包含InGaN)的η掺杂半导体中的铟浓度可以比例如包括GaN (在这 种情况下，在第二层的P掺杂半导体中的铟浓度为零）或者InGaN的第二层的ρ掺杂半导 体中的铟浓度多至少2. 5%。
[0027] 所述缓冲层和所述第一层可以包括具有相同组分和/或掺杂的半导体。因此，第 一层的η