一种半导体紫光紫外发光二极管制造技术

本发明专利技术提出一种半导体紫光紫外发光二极管，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体、超晶格层、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体，所述超晶格层与量子阱层之间设置有电子匹配层，所述量子阱层与电子阻挡层之间设置有空穴匹配层，所述超晶格层、电子匹配层、量子阱层和空穴匹配层组成电子空穴匹配控制层，所述电子空穴匹配控制层具有Si掺杂浓度变化趋势和Mg掺杂浓度变化趋势，所述超晶格层具有Al组分梯度和厚度梯度。本发明专利技术通过控制注入量子阱层的电子浓度和增强注入量子阱层的空穴浓度，以提升量子阱层中电子和空穴浓度的匹配程度，增强量子阱层电子空穴波函数的交叠几率，从而提升半导体紫光紫外发光二极管的量子效率和发光效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体紫光紫外发光二极管


[0001]本申请涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种半导体紫光紫外发光二极管。

技术介绍

[0002]半导体元件特别是半导体发光元件具有可调范围广泛的波长范围，发光效率高，节能环保，可使用超过10万小时的长寿命、尺寸小、应用场景多、可设计性强等因素，蓝光(发光波长440
‑
460nm)和绿光(发光波长520
‑
540nm)搭配荧光粉已逐渐取代白炽灯和荧光灯，成长普通家庭照明的光源，并广泛应用新的场景，如户内高分辨率显示屏、户外显屏、Mini
‑
LED、Micro
‑
LED、手机电视背光、背光照明、路灯、汽车大灯、车日行灯、车内氛围灯、手电筒等应用领域。
[0003]紫外发光二极管(发光波长350
‑
420nm)UVA波段可应用于3D固化、美甲固化、光疗、皮肤治疗、植物照明等应用领域。半导体紫外发光二极管使用蓝宝石衬底生长，晶格失配和热失配大，导致较高的缺陷密度和极化效应，降低半导体发光元件的发光效率；同时，氮化物半导体结构具有非中心对称性，沿c轴方向会产生较强的自发极化，叠加晶格失配的压电极化效应，形成本征极化场；该本征极化场沿(001)方向，使多量子阱层产生较强的量子限制Stark效应，引起能带倾斜和电子空穴波函数空间分离，降低电子空穴的辐射复合效率；半导体紫外发光二极管的空穴离化效率远低于电子离化效率，导致空穴浓度低于电子浓度2个数量级以上，过量的电子会从多量子阱溢出至第二导电型半导体产生非辐射复合，空穴离化效率低会导致第二导电型半导体的空穴难以有效注入多量子阱中，空穴注入多量子阱的效率低，导致多量子阱的发光效率低。与传统半导体蓝光发光二极管不同，半导体紫外发光二极管因波长较短，量子阱的In含量较低，无法在量子阱区域形成In组分涨落的量子限制效应，导致量子阱的电子空穴局域效应较弱，进一步加剧电子空穴不匹配。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题之一，本专利技术提供了一种半导体紫光紫外发光二极管。
[0005]本专利技术实施例提供了一种半导体紫光紫外发光二极管，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体、超晶格层、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体，所述超晶格层与量子阱层之间设置有电子匹配层，所述量子阱层与电子阻挡层之间设置有空穴匹配层，所述超晶格层、电子匹配层、量子阱层和空穴匹配层组成电子空穴匹配控制层，所述电子空穴匹配控制层具有Si掺杂浓度变化趋势和Mg掺杂浓度变化趋势，所述超晶格层具有Al组分梯度和厚度梯度。
[0006]优选地，所述电子空穴匹配控制层中Si掺杂浓度变化趋势为：自电子匹配层向超晶格层方向下降，Si掺杂下降角度为α：30≤α≤70，再由超晶格层向n型半导体方向上升，Si掺杂上升角度为β：40≤β≤80，以及自电子匹配层向量子阱层方向下降，Si掺杂下降角度为γ：40≤γ≤80。
[0007]优选地，所述电子匹配层具有Si掺杂浓度峰，所述Si掺杂浓度峰的峰值位置的Si
掺杂浓度为5E17cm
‑3至5E18cm
‑3。
[0008]优选地，所述超晶格层具有Si掺杂浓度谷，所述Si掺杂浓度谷的谷值位置的Si掺杂浓度为1E16cm
‑3至1E17cm
‑3。
[0009]优选地，所述电子空穴匹配控制层中Mg掺杂浓度变化趋势为：自空穴匹配层向量子阱层方向下降，Mg掺杂浓度下降角度为θ：45≤θ≤90。
[0010]优选地，所述空穴匹配层具有Mg掺杂浓度峰，所述Mg掺杂浓度峰的峰值位置的Mg掺杂浓度为8E18cm
‑3至8E19cm
‑3。
[0011]优选地，所述超晶格层为GaN/Al
x
Ga1‑
x
N/Al
y
Ga1‑
y
N组成的周期性结构，周期为p：10≤p≤30；
[0012]所述超晶格层具有Al组分梯度：0.3≤x＜0.6＜y≤1；
[0013]所述超晶格层具有厚度梯度：GaN厚度为m，Al
x
Ga1‑
x
N为n，Al
y
Ga1‑
y
N厚度为k，5埃米≤k≤20埃米≤n≤40埃米≤m≤80埃米。
[0014]优选地，所述量子阱层为由阱层和垒层组成的周期结构，量子阱层周期为q：5≤q≤15；
[0015]所述阱层为InGaN、AlInGaN、AlInN的任意一种或任意组合，所述阱层厚度为25埃米至40埃米；
[0016]所述垒层为GaN、AlInGaN、AlGaN、AlN的任意一种或任意组合，厚度为80埃米至120埃米；
[0017]所述阱层的禁带宽度为3.0eV至3.5eV，所述量子阱层发出波长为200nm至420nm的紫外光。
[0018]优选地，所述n型半导体、电子阻挡层、p型半导体包括GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN、SiC、Ga2O3、BN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP的任意一种或任意组合。
[0019]优选地，所述衬底包括蓝宝石、硅、Ge、SiC、AlN、GaN、GaAs、InP、蓝宝石/SiO2复合衬底、蓝宝石/AlN复合衬底、蓝宝石/SiN
x
、镁铝尖晶石MgAl2O4、MgO、ZnO、ZrB2、LiAlO2和LiGaO2复合衬底的任意一种。
[0020]本专利技术的有益效果如下：本专利技术在超晶格层与量子阱层之间设置电子匹配层，在量子阱层与电子阻挡层之间设置空穴匹配层，并将超晶格层、电子匹配层、量子阱层和空穴匹配层组成电子空穴匹配控制层。通过设计电子空穴匹配控制层内部的Si掺杂浓度变化趋势和Mg掺杂浓度变化趋势，以及超晶格层的Al组分梯度和厚度梯度，进而控制注入量子阱层的电子浓度和增强注入量子阱层的空穴浓度，以提升量子阱层中电子和空穴浓度的匹配程度，增强量子阱层电子空穴波函数的交叠几率，从而提升半导体紫光紫外发光二极管的量子效率和发光效率。
附图说明
[0021]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0022]图1为本专利技术实施例所述的半导体紫光紫外发光二极管的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例所述的半导体紫光紫外发光二极管的SIMS二次离子质谱图。
[0024]附图标记：
[0025]100、衬底，101、n型半导体，102、超晶格层，103、量子阱层，104、电子阻挡层，105、p型半导体，106、电子匹配层，107、空穴匹配层，108、电子空穴匹配控制层。
具体实施方式
[0026]为了使本申请实施例中的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体紫光紫外发光二极管，其特征在于，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体、超晶格层、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体，所述超晶格层与量子阱层之间设置有电子匹配层，所述量子阱层与电子阻挡层之间设置有空穴匹配层，所述超晶格层、电子匹配层、量子阱层和空穴匹配层组成电子空穴匹配控制层，所述电子空穴匹配控制层具有Si掺杂浓度变化趋势和Mg掺杂浓度变化趋势，所述超晶格层具有Al组分梯度和厚度梯度。2.根据权利要求1所述的半导体紫光紫外发光二极管，其特征在于，所述电子空穴匹配控制层中Si掺杂浓度变化趋势为：自电子匹配层向超晶格层方向下降，Si掺杂下降角度为α：30≤α≤70，再由超晶格层向n型半导体方向上升，Si掺杂上升角度为β：40≤β≤80，以及自电子匹配层向量子阱层方向下降，Si掺杂下降角度为γ：40≤γ≤80。3.根据权利要求2所述的半导体紫光紫外发光二极管，其特征在于，所述电子匹配层具有Si掺杂浓度峰，所述Si掺杂浓度峰的峰值位置的Si掺杂浓度为5E17cm
‑3至5E18 cm
‑3。4.根据权利要求2所述的半导体紫光紫外发光二极管，其特征在于，所述超晶格层具有Si掺杂浓度谷，所述Si掺杂浓度谷的谷值位置的Si掺杂浓度为1E16cm
‑3至1E17 cm
‑3。5.根据权利要求1所述的半导体紫光紫外发光二极管，其特征在于，所述电子空穴匹配控制层中Mg掺杂浓度变化趋势为：自空穴匹配层向量子阱层方向下降，Mg掺杂浓度下降角度为θ：45≤θ≤90。6.根据权利要求5所述的半导体紫光紫外发光二极管，其特征在于，所述空穴匹配层具有Mg掺杂浓度峰，所述Mg掺杂浓度峰的峰值位置的Mg掺杂浓度为8E18cm
‑3至8E19 cm
‑3。7.根据权利要求1所述的半导体紫光紫外发光二极管，其特征在于，所述超晶格层为GaN/Al
x<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张江勇，王星河，李水清，蔡鑫，胡志勇，张会康，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：安徽格恩半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：