CN104681679A - 紫外发光二极管和其制备方法 - Google Patents
紫外发光二极管和其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104681679A CN104681679A CN201410705184.1A CN201410705184A CN104681679A CN 104681679 A CN104681679 A CN 104681679A CN 201410705184 A CN201410705184 A CN 201410705184A CN 104681679 A CN104681679 A CN 104681679A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- based semiconductor
- emitting diode
- barrier layer
- regulating course
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 103
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 92
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 92
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 67
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 47
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 abstract 3
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 35
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 14
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 6
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- CHPZKNULDCNCBW-UHFFFAOYSA-N gallium nitrate Chemical compound [Ga+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O CHPZKNULDCNCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 4
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229940044658 gallium nitrate Drugs 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种紫外发光二极管和制备其的方法。发光二极管包括介于n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排列，和至少一个调节层。每个调节层位于阱层和阻挡层之间并邻近阱层，且其由二元氮化物半导体制成。调节层的设计可以减少有源区的应力，因此使得阱层和/或阻挡层的组成得到均一的控制。
Description
本发明以韩国专利申请No.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
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
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。
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WO2008/054995)。
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。
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。
参考图1和2，缓冲层23，和AlN层25、n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。
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。
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n型AlGaN层27的表面。
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。
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AlInGaN。当AlGaN层或AlInGaN层堆叠在另一个之上时，每一层的残余应力引起了相比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。
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。
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
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。
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。
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。
根据本发明的一个方面，一种紫外发光二极管包括：介于n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。
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。
二元氮化物半导体可以包括GaN或AlN。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。
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。
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。
所述至少一个调节层可以包括阱-调节层和阻挡-调节层。
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。
多个阻挡层和阱层可以由AlInGaN或AlGaN制成。另外，每个n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。
根据本发明的另一方面，一种紫外发光二极管包括：介于n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。
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。
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n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。
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AlGaN。
根据本发明的另一方面，提供了一种制备包括介于n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n型氮化物基半导体层；通过在n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。
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。
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。
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。
多个阻挡层和多个阱层可以由AlInGaN或AlGaN制成。
根据本发明的又一方面，提供了一种制备包括介于n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n型氮化物基半导体层；通过在n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。
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。
多个阻挡层和多个阱层可以由AlInGaN或AlGaN形成。
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AlN。
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
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：
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；
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；
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；
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；
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；
图6中的(a)和图6中的(b)为采用了调节层或梯度-组成层的测试样品的平面显微图；
图7中的(a)和图7中的(b)为通过传统技术制备的测试样品的平面显微图；
图8为描绘了通过传统技术制备的晶片组和根据本发明的一个实施例制备的晶片组的光致发光波长分布的曲线图；和
图9为描绘了根据传统技术和根据本发明的一个实施例制备的晶片的PL强度。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本发明的实施例进行详细描述。以下的实施例通过示例的方式提供，以便向本发明所属技术领域的技术人员充分传达本发明的精神。因此，本发明不限于这里公开的实施例且还可以以不同形式实施。在附图中，宽度、长度、厚度和类似元件可以为了便利进行夸张。在整个说明书中，相同的符号表示具有相同或相似功能的相同元件。
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。
参考图3，根据本发明的实施例的紫外发光二极管包括介于n型氮化物基半导体层27和p型氮化物基半导体层31之间的有源区50。紫外发光二极管可以包括生长衬底21或支撑衬底，如图1所示。
每个n型氮化物基半导体层27和p型氮化物基半导体层27由氮化物基半导体层制成，其具有比有源区30w更宽的带隙。每个n型氮化物基半导体层27和p型氮化物基半导体层31可以包括包含Al的层，例如，AlInGaN层或AlGaN层。
有源区50包括多个阻挡层30b，多个阱层30w，和调节层30cb、30cw。调节层30cb、30cw包括阱-调节层30cw和阻挡-调节层30cb。
阻挡层30b和阱层30w交替排列以形成多量子阱结构。阱层30w由氮化物基半导体形成，发射想要的波长范围的紫外光，例如在200nm到365nm范围内。在一个实施例中，阱层30w可以由氮化物基半导体形成，发射波长范围为250nm到340nm的紫外光。阱层30w包含Al并且可以由AlInGaN或AlGaN形成。
阻挡层30b由具有比阱层30w宽的带隙的氮化物基半导体形成。阻挡层30b包含Al并且可以由AlInGaN或AlGaN形成。每个阻挡层30b可以形成为恒定组成(组分)，但不限于此。至少一个阻挡层30b可以具有不同组成的层的堆叠结构，并且可以为梯度-组成(组分)的层。特别地，位于阱层30w之间的阻挡层30b可以形成为梯度-组成的层。
每个调节层30cb，30cw被放置在阱层30w和阻挡层30b之间，并邻近它们。阱-调节层30cw邻接阱层30w，位于n型氮化物基半导体层27的一侧。另一方面，阻挡-调节层30cb邻接阻挡层30b，位于n型氮化物基半导体层27的一侧。
调节层30cb、30cw可以由二元氮化物基半导体层形成，例如，GaN或AlN。因为调节层30cb、30cw是二元氮化物基半导体层，调节层30cb、30cw具有比三元或四元氮化物基半导体层更均一的组成。在一个实施例中，调节层30cb、30cw可以由AlN形成。AlN具有比阱层30w更宽的带隙，且因此不会吸收光，通过此减少光损失。
在该实施例中，紫外发光二极管可以具有垂直型结构，但不限于此。可变换地，紫外发光二极管可以具有横向型结构。在垂直型结构中，紫外发光二极管可以包括支撑衬底用来支撑氮化物基半导体层27,50,31。另一方面，在横向型结构中，紫外发光二极管会包括生长衬底以生长氮化镓基半导体层27,50,31。
在该实施例中，阱-调节层30cw分别邻接所有的阱层30w。然而，应该理解本发明不限于此。可变换地，阱-调节层30cw可以形成为邻接一些阱层30w或单独的阱层30w。另外，虽然阻挡-调节层30cb被显示为分别邻接所有的阻挡层30b，本发明不限于此。可变换的，阻挡-调节层30cb可以形成为邻接一些阻挡层30b或单独的阻挡层30b。
接着，将描述一种制备根据以上实施例的紫外发光二极管的方法。
首先，在衬底21上生长n型氮化物基半导体层27，如图1所示。在生长n型氮化物基半导体层27之前，如背景技术中提到的半导体层，例如，缓冲层23、AlN层25等，可以被生长。在n型氮化物基半导体层27的制备之前，在衬底21上制备的层可以以不同方式修饰，且可以制备不同的本领域已知的层，如果需要的话。
n型氮化物基半导体层27可以通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)来生长。n型氮化物基半导体层27可以由单层或多层组成，并且包括AlInGaN层或AlGaN层。
在n型氮化物基半导体层27上生长有源区50。有源区50由交替的生长多个包含Al的阻挡层30b和多个包含Al的阱层30w制备。这里，调节层30cb在阻挡层30b的制备之前制备，并且阱-调节层30cw在阱层30w的制备之前制备。调节层30cb、30cw由二元氮化物基半导体制成，例如，GaN或AlN。
采用这种结构，甚至例如，当形成在阻挡层30b下面的n型氮化物基半导体层27或阱层30w的层的组成被改变，所有的阻挡层30b可以生长在阻挡-调节层30cb上，具有均一的组成。因此，获得对阻挡层30b的组成的容易的控制是可能的。
另外，甚至例如，当形成在阱层30cw下面的阻挡层30b的层的组成被改变，所有的阱层30w可以生长在阱调节层30cw上，具有均一的组成。因此，获得对阱层30w的组成的容易的控制是可能的。
然后，p型氮化物基半导体层31生长在有源区50上。p型氮化物基半导体层31可以由单层或多层构成，并且包括AlInGaN层或AlGaN层。
紫外发光二极管可以具有横向型或垂直型结构，且本文省略它们的细节描述。
根据本发明，阱-调节层30cw和/或阻挡-调节层30cb的设计能够容易地控制阱层30w和/或阻挡层30b的组成。因此，有源区50具有减少的残余应力，通过此阻止了生长在有源区50上的p型氮化物基半导体层31的晶体缺陷(例如破裂)的产生。进一步地，获得阱层30w和/或阻挡层30b的组成的均一控制是可能的。结果，不止以同样的晶片制备的发光二极管，在逐次或晶片对晶片条件下制备的发光二极管都显示出均一的光电特性。
图4是根据本发明的另一实施例的紫外发光二极管的有源区的放大剖面图。
参考图4，根据此实施例的紫外发光二极管包括介于n型氮化物基半导体层27和p型氮化物基半导体层31之间的有源区60。如图1所示，紫外发光二极管还可以包括生长衬底21或支撑衬底。
n型氮化物基半导体层27，p型氮化物基半导体层27，生长衬底21，和支撑衬底与参考图3描述的那些是相同的，并且因此重复的描述将被省略。
有源区60包括多个阻挡层30b,30gb和多个阱层30w。
阻挡层30gb和阱层30w交替排列以形成多量子阱结构。阱层30w与参考图3的那些相同，省略了它们的详细描述。阻挡层30gb由氮化物基半导体制成，具有比阱层30w更宽的带隙。阻挡层30gb包含Al，并由AlInGaN或AlGaN制成。
每个阻挡层30gb特别地放置在阱层30w之间，且形成了具有增加的Al含量的梯度-组成的层。梯度组成的层30gb的远端位于p型氮化物基半导体层31的一侧，由AlN制成。梯度-组成的层30gb的远端由AlN制成的设计能够容易的控制在其上生长的阱层30w的组成。
在一个实施例中，有源区60可以进一步包括邻近n型氮化物基半导体层27的阻挡层30b。阻挡层30b与参考图3描述的阻挡层30b相同，且可以为例如恒定组成的层。这种情况下，阻挡-调节层30cb可以邻接阻挡层30b，在n型氮化物基半导体层27的一侧。另外，虽然在附图中没有显示，阱-调节层30cw可以位于阻挡层30b和阱层30w之间，位于阻挡层30b上，如图3所示。
在另一实施例中，阱层30w可以位于邻近n型氮化物基半导体层27。这种情况下，阱-调节层30cw(见图3)可以邻接阱层30w，在n型氮化物基半导体层27一侧。
在该实施例中，紫外发光二极管可以具有横向型结构或垂直型结构，如参考图3所描述的。
在该实施例中，除了邻近n型氮化物基半导体层27的阻挡层30b，所有的阻挡层30gb由梯度-组成的层构成。然而，本发明并不局限于此。即是，一些阻挡层或单独的阻挡层可以具有梯度组成，且剩下的阻挡层可以具有恒定组成。另外，有源区60可以具有含有不同组成的层的堆叠结构。另外，有源区60可以同时包括调节层30cw和30cb以及为梯度-组成的层的阻挡层30gb。
接着，将描述一种制备根据该实施例的紫外发光二极管的方法。
制备根据该实施例的紫外发光二极管的方法与参考图3的制备方法相似，除了有源区60，并且因此将仅描述它们之间的不同。
在n型氮化物基半导体层27在衬底21生长之后，有源区60生长在n型氮化物基半导体27上。有源区60通过交替生长多个包含Al的阻挡层30b,30gb和多个包含Al的阱层30w来制备。阻挡层30b可以被省去。多个阱层30w可以由AlInGaN或AlGaN制成。
另外，阻挡层30b,30gb可以由AlInGaN或AlGaN制成。另外，在阻挡层30b,30gb之中，每个阻挡层30gb可以位于阱层30w之间，可以形成位于阱层30w上的梯度-组成的层，具有增加的Al含量，并且梯度-组成的层30w的远端由AlN制成。例如，阻挡层30gb的生长可以完成以具有AlN的组成，通过增加阱层30w的Al含量，同时减少其中Ga或In的含量。具有AlN的梯度-组成的层的制备可以减少有源区60内的残余应力。另外，梯度-组成的层的远端由AlN组成的设计可以便利地控制制备在阻挡层30gb上的阱层30w的组成。
根据本发明，具有梯度组成的阻挡层30的设计，其能够获得对阱层30w的组成的均一控制。结果，不仅在相同的晶片上制备的发光二极管，而且在逐次或晶片对晶片条件下制备的发光二极管都显示出均一的光电特性。
图5中的(a)和图5中的(b)分别是根据图3和图4的实施例制备的样品的截面的TEM显微图。
参考图5中的(a)，每个阱层30w和阻挡层30b由AlGaN制成。因为阻挡层30b比阱层30w包含较高含量的Al，阻挡层30b比阱层30w显示出更深的灰色。另一方面，可以看出调节层30cw,30cb形成在阻挡层30b和阱层30w之间。调节层30cw,30cb包括阱-调节层30cw和阻挡-调节层30cb。这些调节层30cw,30cb由AlN制成。
参考图5中的(b)，阱层30w由AlGaN制成，阻挡层30b为梯度-组成的层。阻挡层30b的远端由AlN制成，且因此在TEM显微图中呈现黑色。阻挡层30b的远端的组成为AlN，其通过从阱层30w的组成连续地增加Al含量制成。在到达AlN的组成后，阻挡的生长可以继续，通过此提供了具有恒定厚度的AlN层。
图6中的(a)和图6中的(b)是采用了调节层或梯度-组成的层的测试样品的平面光学显微图。
测试样品制备为证实调节层或梯度-组成的层在多量子阱结构中对应力的影响。因此，未制备掺杂的层，例如n型氮化物基半导体层或p型氮化物基半导体层。
为了制备图6中的(a)的测试样品，GaN缓冲层生长在蓝宝石衬底上，接着交替的生长具有较高Al含量的AlGaN层和具有较低Al含量的AlGaN层以形成如图5中的(a)所示的结构，并且最终生长具有0.1μm厚度的AlGaN层。另外，在含有较高Al含量的AlGaN层和较低Al含量的AlGaN层生长之前，形成作为调节层的AlN层。
另一方面，图6中的(b)的测试样品以与制备图6中的(a)的测试样品相同的方法制备，除了包含较高Al含量的AlGaN层形成为梯度-组成的层，如图5中的(b)所示。另外，梯度-组成的层的远端形成为由AlN组成，而不是形成作为调节层的AlN层。
如图6中的(a)和图6中的(b)中可以看到的，从采用了调节层或远端由AlN形成的梯度-组成的层的测试样品中没有观察到破裂。
图7中的(a)和图7中的(b)为通过传统技术制备的测试样品的平面显微图。
图7中的(a)的测试样品用与图6中的(a)中的测试样品的制备方法相同的方法制备，除了没有制备调节层。图7中的(a)的测试样品用与图6中的(a)中的测试样品的制备方法相同的方法制备，除了最后的梯度-组成的层的成分为AlGaN，而不是AlN。
参考图7中的(a)和图7中的(b)，在传统技术制备的每个测试样品中的最上层都观察到多个破裂。图7中的(b)的测试样品包括梯度-组成的层，相比图7中的(a)的测试样品具有改进的表面，但是仍然有多个破裂。
因此，当通过传统技术制成多量子阱结构时，由于多量子阱结构的应力，会在多量子阱结构上的p型氮化物基半导体层产生多个破裂。相反，当如本发明的实施例中的调节层或具有AlN构成的远端的梯度-组成的层被制备时，它能够减少多量子阱结构的应力。结果，能够阻止形成在其上的p型氮化物基半导体层中的破裂的产生。
图8是描绘根据传统技术制备的晶片组和本发明的一个实施例制备的晶片组的光致发光(PL)波长分布的曲线图。
在每个比较示例1和示例中，具有30个蓝宝石衬底放置在同样的室中用于金属有机化学气相沉积(MOCVD)，外延层在同样的条件下以同样的时间生长。在示例中，晶片通过在制备阱层和阻挡层之前制备阱-调节层和阻挡-调节层来制备，如参考图3所描述的，且比较示例1中，晶片通过传统技术制备，未制备调节层。除了调节层，示例中制备的每个层与比较示例中的每个层的生长条件相同。
参考图8，虽然比较示例1和示例中的阱层在相同条件下生长，示例中的晶片显示出比比较示例1中的晶片更短的峰值波长。另外，示例的晶片相比比较示例1的晶片显示出更小的偏差。这些结果的获得是由于在采用了AlN调节层的阱层中的更均一的和更高的Al含量。
图9是描绘通过传统技术制备的晶片和根据本发明的一个实施例制备的晶片的PL强度的曲线图。
这里，示例的晶片是选自图8的示例制备的晶片组中的一个晶片，且比较示例2的晶片是通过调整阱层和阻挡层的组成制备的晶片，使其具有与示例相似的峰值波长。
在图9中，可以看到示例的晶片比比较示例2的晶片具有更高的PL强度。示例的晶片的PL强度比比较示例2的晶片的PL强度高大约2倍。
虽然以上描述了本发明的一些实施例和特征，本发明并不局限于此，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下进行多种方式的修饰。因此，本发明的范围仅通过所附的权利要求和等价物限定。
Claims (10)
1.一种紫外发光二极管，包括：
介于n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，
所述有源区包括：
多个包含Al的阻挡层；
多个包含Al的阱层，且其与阻挡层交替排列；和
至少一个调节层，每个调节层位于阱层和阻挡层之间，邻近阱层，且其由二元氮化物半导体制成。
2.根据权利要求1的紫外发光二极管，其中所述二元氮化物半导体包括AlN。
3.根据权利要求1的紫外发光二极管，其中所述至少一个调节层包括邻接阱层的阱-调节层，位于阱层的朝向n型氮化物基半导体层的一侧。
4.根据权利要求3的紫外发光二极管，其中邻接阱-调节层的阻挡层为梯度-组成的层，具有向着调节层增加的Al含量。
5.根据权利要求1的紫外发光二极管，其中所述至少一个调节层包括邻接阻挡层的阻挡-调节层，位于阻挡层的朝向n型氮化物基半导体层的一侧。
6.根据权利要求1的紫外发光二极管，其中所述多个阻挡层和所述多个阱层由AlInGaN或AlGaN制成。
7.一种紫外发光二极管包括：
介于n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，
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，且其与阻挡层交替排列，
至少一个阻挡层包括梯度-组成的层，形成于阱层之间，且具有向着p型氮化物基半导体层增加的Al含量，
其中位于p型氮化物基半导体层一侧的梯度-组成的层的远端由AlN制成。
8.根据权利要求7的紫外发光二极管，进一步包括：
二元氮化物半导体的调节层，位于有源区和n型氮化物基半导体层之间，且邻接所述有源区。
9.根据权利要求8的紫外发光二极管，其中邻接所述有源区的调节层由AlN制成。
10.根据权利要求7的紫外发光二极管，其中所述多个阻挡层和所述多个阱层由AlInGaN或AlGaN制成。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2013-0145122 | 2013-11-27 | ||
| KR1020130145122A KR102116829B1 (ko) | 2013-11-27 | 2013-11-27 | 자외선 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104681679A true CN104681679A (zh) | 2015-06-03 |
| CN104681679B CN104681679B (zh) | 2018-11-16 |
Family
ID=52772529
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201420733931.8U Active CN204243075U (zh) | 2013-11-27 | 2014-11-27 | 紫外发光二极管 |
| CN201410705184.1A Active CN104681679B (zh) | 2013-11-27 | 2014-11-27 | 紫外发光二极管和其制备方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201420733931.8U Active CN204243075U (zh) | 2013-11-27 | 2014-11-27 | 紫外发光二极管 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9543476B2 (zh) |
| KR (1) | KR102116829B1 (zh) |
| CN (2) | CN204243075U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105895759A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-08-24 | 太原理工大学 | 一种duv led外延片结构 |
| CN112262480A (zh) * | 2018-06-13 | 2021-01-22 | 阿卜杜拉国王科技大学 | 具有渐变的量子势垒层的发光二极管 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102116829B1 (ko) * | 2013-11-27 | 2020-06-01 | 서울바이오시스 주식회사 | 자외선 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 |
| KR102554517B1 (ko) * | 2016-08-19 | 2023-07-12 | 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 | 자외선 발광소자 및 조명시스템 |
| DE102016116425A1 (de) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronisches Bauelement |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101661986A (zh) * | 2008-08-26 | 2010-03-03 | 住友电气工业株式会社 | 制造氮化物半导体光学器件和外延晶片的方法 |
| CN102074625A (zh) * | 2009-10-26 | 2011-05-25 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件、发光器件封装以及照明系统 |
| WO2013012232A2 (ko) * | 2011-07-21 | 2013-01-24 | 주식회사 칩테크놀러지 | 자외선 발광 다이오드용 다중 양자 우물 및 그의 제조 방법 |
| CN103066174A (zh) * | 2013-01-10 | 2013-04-24 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种提高GaN基LED发光效率的外延结构及生长方法 |
| CN103296164A (zh) * | 2013-05-30 | 2013-09-11 | 光垒光电科技（上海）有限公司 | 半导体发光结构 |
| CN204243075U (zh) * | 2013-11-27 | 2015-04-01 | 首尔伟傲世有限公司 | 紫外发光二极管 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101030068B1 (ko) * | 2002-07-08 | 2011-04-19 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | 질화물 반도체 소자의 제조방법 및 질화물 반도체 소자 |
| KR20090002241A (ko) * | 2007-06-25 | 2009-01-09 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 그 제조방법 |
| TWI466314B (zh) * | 2008-03-05 | 2014-12-21 | Advanced Optoelectronic Tech | 三族氮化合物半導體發光二極體 |
| KR20120129449A (ko) * | 2011-05-20 | 2012-11-28 | 엘지이노텍 주식회사 | 자외선 발광 소자 |
| US8648384B2 (en) * | 2011-07-25 | 2014-02-11 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device |
| US9252329B2 (en) * | 2011-10-04 | 2016-02-02 | Palo Alto Research Center Incorporated | Ultraviolet light emitting devices having compressively strained light emitting layer for enhanced light extraction |
| KR20130074080A (ko) * | 2011-12-26 | 2013-07-04 | 엘지이노텍 주식회사 | 자외선 발광 소자 |
| US20130228743A1 (en) * | 2012-03-01 | 2013-09-05 | Industrial Technology Research Institute | Light emitting diode |
| WO2013137476A1 (ja) * | 2012-03-16 | 2013-09-19 | 次世代パワーデバイス技術研究組合 | 半導体積層基板、半導体素子、およびその製造方法 |
| KR101953716B1 (ko) * | 2012-08-23 | 2019-03-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템 |
| KR20160060749A (ko) * | 2013-09-23 | 2016-05-30 | 센서 일렉트로닉 테크놀로지, 인크 | 광전자 디바이스를 위한 iii 족 질화물 헤테로구조체 |
-
2013
- 2013-11-27 KR KR1020130145122A patent/KR102116829B1/ko active IP Right Grant
-
2014
- 2014-11-27 CN CN201420733931.8U patent/CN204243075U/zh active Active
- 2014-11-27 CN CN201410705184.1A patent/CN104681679B/zh active Active
- 2014-11-28 US US14/556,033 patent/US9543476B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101661986A (zh) * | 2008-08-26 | 2010-03-03 | 住友电气工业株式会社 | 制造氮化物半导体光学器件和外延晶片的方法 |
| CN102074625A (zh) * | 2009-10-26 | 2011-05-25 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件、发光器件封装以及照明系统 |
| WO2013012232A2 (ko) * | 2011-07-21 | 2013-01-24 | 주식회사 칩테크놀러지 | 자외선 발광 다이오드용 다중 양자 우물 및 그의 제조 방법 |
| CN103066174A (zh) * | 2013-01-10 | 2013-04-24 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种提高GaN基LED发光效率的外延结构及生长方法 |
| CN103296164A (zh) * | 2013-05-30 | 2013-09-11 | 光垒光电科技（上海）有限公司 | 半导体发光结构 |
| CN204243075U (zh) * | 2013-11-27 | 2015-04-01 | 首尔伟傲世有限公司 | 紫外发光二极管 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105895759A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-08-24 | 太原理工大学 | 一种duv led外延片结构 |
| CN105895759B (zh) * | 2016-06-24 | 2018-07-17 | 太原理工大学 | 一种duv led外延片结构 |
| CN112262480A (zh) * | 2018-06-13 | 2021-01-22 | 阿卜杜拉国王科技大学 | 具有渐变的量子势垒层的发光二极管 |
| CN112262480B (zh) * | 2018-06-13 | 2024-05-28 | 阿卜杜拉国王科技大学 | 具有渐变的量子势垒层的发光二极管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN204243075U (zh) | 2015-04-01 |
| CN104681679B (zh) | 2018-11-16 |
| KR102116829B1 (ko) | 2020-06-01 |
| US20150144874A1 (en) | 2015-05-28 |
| KR20150061252A (ko) | 2015-06-04 |
| US9543476B2 (en) | 2017-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN204243075U (zh) | 紫外发光二极管 | |
| KR20090069304A (ko) | 심자외선 발광 디바이스 및 이를 제조하기 위한 방법 | |
| WO2009005894A2 (en) | Non-polar ultraviolet light emitting device and method for fabricating same | |
| US20130256650A1 (en) | Semiconductor device and fabrication method thereof | |
| KR20140010587A (ko) | 도핑된 버퍼층을 포함하는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 | |
| JPWO2017013729A1 (ja) | 窒化物半導体紫外線発光素子 | |
| KR102054094B1 (ko) | 템플릿, 질화물 반도체 자외선 발광 소자 및 템플릿의 제조 방법 | |
| US20110204411A1 (en) | Crystal growth method and semiconductor light emitting device | |
| KR20210034113A (ko) | 광전자 반도체 칩 제조 방법 및 광전자 반도체 칩 | |
| CN105355741A (zh) | 一种led外延结构及制作方法 | |
| TW201937753A (zh) | 氮化物半導體發光元件 | |
| KR101666836B1 (ko) | 형광체 없는 백색 발광다이오드 성장 기술 | |
| Reuters et al. | Selective MOVPE of InGaN-based LED structures on non-planar Si (111) facets of patterned Si (100) substrates | |
| Yanagihara et al. | Red‐Emitting InGaN‐Based Nanocolumn Light‐Emitting Diodes with Highly Directional Beam Profiles | |
| JP2016072388A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法 | |
| JP2023536363A (ja) | Ｌｅｄデバイス及びｌｅｄデバイスの製造方法 | |
| KR20170002276A (ko) | 질화물 반도체 템플릿 및 자외선 led | |
| CN101728244A (zh) | 阻断半导体差排缺陷的方法 | |
| US20110186856A1 (en) | Light emitting element and method for manufacturing the same | |
| US20170012165A1 (en) | Method of producing a semiconductor layer sequence and an optoelectronic semiconductor component | |
| KR100809226B1 (ko) | 질화물 반도체 발광 소자 및 제조방법 | |
| KR101052637B1 (ko) | 결함의 관통 억제 효과가 우수한 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법 | |
| KR100962946B1 (ko) | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 | |
| CN105576085B (zh) | 制造发光器件的方法及制造第iii族氮化物半导体的方法 | |
| JP2006186257A (ja) | 半導体発光素子の製造方法、集積型半導体発光装置の製造方法、画像表示装置の製造方法および照明装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |