一种具有AlInGaN插入层的紫外发光二极管制造技术

本发明专利技术提供了一种具有AlInGaN插入层的紫外发光二极管（UV

【技术实现步骤摘要】
一种具有AlInGaN插入层的紫外发光二极管


[0001]本专利技术属于半导体光电子器件领域，具体涉及一种具有AlInGaN插入层的紫外发光二极管（UV
‑
LED）。

技术介绍

[0002]紫外光由于具有较高的光子能量和很强的穿透能力，而被广泛的应用于杀菌消毒、水和空气净化、固态照明、生物化学有害物质检测、高密度存储和军用通信等领域。
[0003]AlGaN材料是制备UV
‑
LED的核心材料。首先，Al
x
Ga1‑
x
N材料是宽禁带直接带隙半导体材料，通过调节三元化合物AlGaN中Al组分，可以实现AlGaN带隙能量在3.4～6.2 eV之间连续变化，从而获得波长范围从200到365 nm的紫外光。其次，Al
x
Ga1‑
x
N是一种强离子键作用的化合物，具有较高的热稳定性和化学稳定性以及较长的寿命。此外，AlGaN基UV
‑
LED能耗低、零污染，比汞灯和氙灯等传统气体紫外光源有显著优势，具有广泛的应用前景和巨大的研究价值。
[0004]然而，现有的AlGaN基UV
‑
LED的内量子效率（IQE）依然很低，其层结构如图2所示，且IQE随着注入电流的增大显著下降，此即能效下降（efficiency droop）问题。造成UV
‑
LED的IQE的一个主要原因是MQWs内的载流子辐射复合效率很低。由于UV
‑
LED的各层材料的晶格常数并不相同，使得UV
‑
LED的内部存在强度高达MV/cm的自发极化电场和的压电极化电场，这会造成MQWs的能带发生弯曲，电子和空穴的波函数在空间上发生分离，电子和空穴的复合效率严重下降，最终导致UV
‑
LED的IQE下降。与此同时，由于点子与空穴输运性能不对称，使得大量电子从MQWs区泄露至p型区，从而导致电子和空穴在p型区发生非辐射复合，继而引起辐射复合效率降低以及IQE减小。
[0005]为了减小电子泄露，通常会在UV
‑
LED的最后一层量子垒（QB）和p型区之间加一层势垒高度较之量子垒更高的p型电子阻挡层（EBL）。但是，由于最后一层量子垒/EBL界面存在由极化场所导致的正性表面电荷，使得空穴会在界面处耗尽，从而导致空穴注入效率明显降低。同时，Al组分较高的p
‑
EBL的激活能很高，获得高空穴浓度的AlGaN电子阻挡层十分困难。使得在有效阻挡电子的同时又降低了空穴的注入效率，导致UV
‑
LED的IQE提升有限。因此，为提高UV
‑
LED的IQE，业界迫切需要研发一种新型的半导体UV
‑
LED结构。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术中的不足，本专利技术提供了一种以AlInGaN插入层代替传统的EBL的UV
‑
LED。该种结构较之传统采用EBL的AlGaN基UV
‑
LED，可以将最后一层QB与EBL界面由极化场引起的空穴耗尽层转换为空穴积累层，提高空穴注入效率。同时，采用AlInGaN插入层取代EBL，可以有效减小最后一层QB和p型区之间的能带弯曲，提高电子和空穴波函数的重叠程度，且更容易将电子局限在有源区内，从而提高的载流子辐射发光，最终提高UV
‑
LED的内量子效率。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
一种具有AlInGaN插入层的紫外发光二极管，其特征在于，包括自下而上依次设置的衬底、AlN成核层、AlN缓冲层、非掺杂AlGaN缓冲层、n型AlGaN层、Al
x
Ga1‑
x
N/Al
y
Ga1‑
y
N多量子阱有源区、Al
p
In
q
Ga1‑
p
‑
q
N插入层和p型AlGaN层，所述p型AlGaN层上引出p型欧姆电极，所述n型AlGaN层上引出n型欧姆电极，所述Al
p
In
q
Ga1‑
p
‑
q
N插入层插在Al
x
Ga1‑
x
N/Al
y
Ga1‑
y
N多量子阱有源区最后一层Al
y
Ga1‑
y
N量子垒的中间。
[0008]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：进一步地，所述衬底为极性、半极性或非极性取向的蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氮化镓或氮化铝。
[0009]进一步地，所述AlN成核层的厚度为15
‑
50 nm，AlN缓冲层的厚度为50
‑
500 nm，非掺杂AlGaN缓冲层的厚度为500
‑
2000 nm，n型AlGaN层的厚度为200
‑
5000 nm，Al
x
Ga1‑
x
N/Al
y
Ga1‑
y
N多量子阱有源区的Al
x
Ga1‑
x
N量子阱的阱宽为1
‑
10 nm，Al
y
Ga1‑
y
N量子垒的垒厚为4
‑
30 nm，周期数为3
‑
50，p型AlGaN层的厚度为50
‑
500 nm，其中Al组分关系满足x<y。
[0010]进一步地，所述Al
p
In
q
Ga1‑
p
‑
q
N插入层的厚度为1
‑
10nm。
[0011]进一步地，所述Al
p
In
q
Ga1‑
p
‑
q
N插入层的禁带宽度大于Al
y
Ga1‑
y
N量子垒的禁带宽度。
[0012]进一步地，所述Al
p
In
q
Ga1‑
p
‑
q
N插入层的晶格常数和Al
y
Ga1‑
y
N量子垒的晶格常数相同。
[0013]进一步地，所述p型欧姆电极和n型欧姆电极的材料为Ni、Al、Au或Ti中的一种金属或由以上多种金属构成的合金材料。
[0014]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的是一种AlInGaN插入层的UV
‑
LED。采用AlInGaN量子阱插入层取代传统的EBL，可以消除最后一层量子垒和EBL之间由于晶格失配产生的正性极化电荷，将原来的空穴耗尽区变为空穴积累区，提高空穴的注入效率；同时，采用AlInGaN插入层取代EBL，可以有效减小最后一层QB和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有AlInGaN插入层的紫外发光二极管，其特征在于，包括自下而上依次设置的衬底（101）、AlN成核层（102）、AlN缓冲层（103）、非掺杂AlGaN缓冲层（104）、n型AlGaN层（105）、Al
x
Ga1‑
x
N/Al
y
Ga1‑
y
N多量子阱有源区（106）、Al
p
In
q
Ga1‑
p
‑
q
N插入层（107）和p型AlGaN层（108），所述p型AlGaN层（108）上引出p型欧姆电极（109），所述n型AlGaN层（105）上引出n型欧姆电极（110），所述Al
p
In
q
Ga1‑
p
‑
q
N插入层（107）插在Al
x
Ga1‑
x
N/Al
y
Ga1‑
y
N多量子阱有源区（106）最后一层Al
y
Ga1‑
y
N量子垒的中间。2.如权利要求1所述的一种具有AlInGaN插入层的紫外发光二极管，其特征在于：所述衬底（101）为极性、半极性或非极性取向的蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氮化镓或氮化铝。3.如权利要求1所述的一种具有AlInGaN插入层的紫外发光二极管，其特征在于：所述AlN成核层（102）的厚度为15
‑
50 nm，AlN缓冲层（103）的厚度为50
‑
500 nm，非掺杂AlGaN缓冲层（104）的厚度为500
‑
2000 nm，n型AlGaN层（105）的厚度为200
‑
5000 nm，Al
x
Ga1‑

【专利技术属性】
技术研发人员：代倩，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：