[实用新型]紫外光发光二极管

说明书

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

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

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n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。

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。

参见图1和图2，发光二极管包括衬底11、三维生长层13、n型接触层15、有源区17、p型接触层19、n电极10及p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n型接触层15和p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。

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Al而形成的阱层(参见10-2012-0129449A号韩国专利公开文件)。

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Al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。

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。

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，且存在电子和空穴迁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。

概率分布函数的重叠度越高意味着电子和空穴迁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/或空穴迁移到相邻阱层中。

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迁移到相邻阱层中。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阱层上以发出波长在约460nm-约440nm之间的光，由于在阱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。