[發(fā)明專利]紫外發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310057268.4
• 申請日: 2013-02-22
• 公開（公告）號(hào): CN103137822A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫莉莉;閆建昌;魏同波;王軍喜;李晉閩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H01L33/44
• 分類號(hào): H01L33/44;H01L33/06
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光電子器件，尤其涉及一種紫外發(fā)光二極管(UV-LED)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

UV-LED因其在激發(fā)白光、生化探測、殺菌消毒、凈化環(huán)境、聚合物固化以及短距離安全通訊等諸多應(yīng)用領(lǐng)域有著巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值而受到廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)紫外光源汞燈相比，AlGaN基UV-LED有著長壽命、低電壓、波長可調(diào)、環(huán)保、方向性好、迅速切換、耐震耐潮、輕便靈活等眾多優(yōu)點(diǎn)，隨著研究的深入，將成為未來新型應(yīng)用的主流。

但是與GaN基藍(lán)光LED相比，目前UV-LED的發(fā)光功率和效率還遠(yuǎn)不能令人們滿意。其中原因之一是高質(zhì)量高Al組分AlGaN的材料的外延生長困難，一般而言，Al組分越高，晶體質(zhì)量越低，位錯(cuò)密度普遍在10⁹/cm^-2-10¹⁰/cm^-2乃至更高。目前，金屬等離激元技術(shù)已經(jīng)被成功用來提高可見光LED的發(fā)光效率。常用的等離激元金屬包括Ag，Au等，這些金屬的等離激元能量均位于可見光區(qū)域，無法用于提高紫外波段LED的發(fā)光效率，因此，通常認(rèn)為等離激元技術(shù)并非是一種有效地可以提高紫外波段特別是深紫外波段LED發(fā)光效率的有效方法。然而，最近，參考文獻(xiàn)1(Gao?N，Huang?K，Li?J，Li?S，Yang?X，Kang?J.Surface-plasmon-enhanced?deep-UV?light?emitting?diodes?based?on?AlG?aN?multi-quantum?wells?Sci.Rep.2012，v.2：816)報(bào)道了采用Al金屬薄膜可以提高UV-LED的發(fā)光效率，從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了采用具有高體等離激元的金屬材料，可以有效提高UV-LED的發(fā)光效率。圖1為現(xiàn)有技術(shù)的UV-LED的器件結(jié)構(gòu)100，它包括藍(lán)寶石襯底101、AlN緩沖層102、N型AlGaN薄膜103、AlGaN量子阱104、P型AlGaN薄膜105、P型GaN薄膜106、Al膜107、頂電極108和底電極109。發(fā)明人認(rèn)為，由于P型GaN的厚度較厚(100nm)，遠(yuǎn)大于金屬與量子阱的耦合距離，因此作者將發(fā)光強(qiáng)度的提高歸因于金屬等離激元對器件外量子效率的提高。從器件的有源區(qū)104發(fā)射出的光子可以從三個(gè)方向發(fā)射到器件外部，第一，依次透過N型AlGaNl03、AlN緩沖層102和藍(lán)寶石襯底101，從器件底部射出。第二，通過P型GaNl06從器件頂部射出。第三，從器件的側(cè)面射出。文獻(xiàn)中通過等離激元技術(shù)提高了通過P型GaNl06從器件頂部射出那部分光線的出光效率。其中，第一部分發(fā)光為UV-LED發(fā)光的主要組成部分，而第二部分發(fā)光為UV-LED發(fā)光的次要組成部分。這是因?yàn)镻型GaN薄膜106會(huì)對AlGaN量子阱104發(fā)射出的紫外光具有強(qiáng)烈的吸收。在參考文獻(xiàn)1中，采用等離激元技術(shù)提高了第二部分發(fā)光(即透過P型GaN的紫外線)的出光效率。

由于倒裝焊結(jié)構(gòu)具有很好的電流分布特性和很好的散熱特性，成為UV-LED器件的一種主流的器件結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中，我們將提出一系列的基于倒裝焊結(jié)構(gòu)的UV-LED器件結(jié)構(gòu)，采用等離激元技術(shù)提高占主導(dǎo)地位的第一部分發(fā)光(即依次透過N型AlGaNl03、AlN緩沖層102和藍(lán)寶石襯底101，從器件底部射出)的出光效率。此外我們還將提出UV-LED器件結(jié)構(gòu)，采用等離激元技術(shù)提高AlGaN量子阱103的內(nèi)量子效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種紫外發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，采用等離激元技術(shù)提高出光效率和內(nèi)量子效率。

本發(fā)明提供一種紫外發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括：

一基底；

一N型AlGaN層，其制作在基底上，該N型AlGaN層上面的一側(cè)有一臺(tái)面；

一AlGaN量子阱，其制作在N型AlGaN層沒有臺(tái)面一側(cè)的上面；

一P型AlGaN層，其制作在AlGaN量子阱上；

一P型GaN層，其制作在P型AlGaN層上；

一頂電極，其制作在P型GaN層上；

一底電極，其制作在N型AlGaN層一側(cè)的臺(tái)面上；

一金屬層，其制作在基底的背面。

本發(fā)明還提供一種紫外發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括：

一基底，該基底分為三段；

一N型AlGaN層，其制作在分為三段的基底上，該N型AlGaN層的下面形成有兩個(gè)凹槽，該N型AlGaN層上面的一側(cè)有一臺(tái)面；

一AlGaN量子阱，其制作在N型AlGaN層沒有臺(tái)面一側(cè)的上面；

一P型AlGaN層，其制作在AlGaN量子阱上；