[實用新型]一種納米柱紫外LED

有效

• 申請號: 201820629471.2
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN208157443U
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 李國強;李媛;王文樑;陽志超
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳智英

本實用新型屬于半導體的技術領域，公開了一種納米柱紫外LED。所述納米柱紫外LED由下至上依次包括襯底、預鋪Al層、AlN層、AlGaN層、u?GaN層、n?GaN層、量子阱納米柱以及p?GaN納米柱。本實用新型的納米柱紫外LED，釋放LED量子阱的應力，減弱量子限制斯塔克效應，增強LED器件性能。另外，本實用新型的制備方法簡單易行，避免了制作掩模版的復雜步驟和成本，并能夠通過采用不同顆粒尺寸的SiO₂來調節納米柱的尺寸大小。

技術領域

本實用新型屬于半導體的技術領域，涉及到一種納米柱紫外發光二極管(LED)。

背景技術

隨著LED技術的迅速發展，LED的發光波段從綠光到紫外光都已經被廣泛應用到商業產品上，近年來，紫外LED(UV-LED)廣闊的應用前景不斷被人們發掘，吸引了許多人將研究重點向其轉移，也成為了全球同行業研究和投資的新熱點。紫外LED由于具有體積小、結構簡單、高速，波長可調、能量高，以及使用壽命長、節能、綠色環保等特點，在白光固態照明、光學存儲、油墨印刷、水與空氣凈化、生物醫學、環境保護等領域應用廣泛。并且紫外LED與紫外汞燈相比具有很多優點，很有希望取代現有的汞燈成為下一代的紫外光源，具有巨大的社會和經濟價值。

但是相比于藍綠光波段的LED，UV-LED量子效率和功率都普遍偏低，成為其走向產業化的瓶頸。這主要是由于兩個方面的原因，首先紫外LED一般采用AlGaN作為有源區發光層，但制備高質量AlGaN材料具有很大難度，一方面是外延生長過程中材料存在較為嚴重的晶格不匹配、發生的反應較復雜且難以控制，另一方面是AlGaN材料帶隙較寬，存在摻雜和激活效率都比較低等物理問題。另外，在LED中還普遍存在一種效率陡降問題，當LED工作在小電流下時，效率隨著電流的增加很快就會變得飽和，進一步增大注入電流，其發光效率會急劇下降，這種LED的效率陡降問題一般被稱為量子限制斯塔克現象，這種現象主要是由于量子阱中的壓電極化所引起的，而AlGaN量子阱中的壓電極化效應更強，它限制了紫外發光二極管的發光功率，制約著紫外LED在多方面的應用。因此，推動紫外LED應用的關鍵問題就是要提高紫外LED的量子效率和功率。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種納米柱紫外LED。本實用新型的納米柱紫外LED，釋放LED量子阱的應力從而減弱量子限制斯塔克效應，增強LED器件性能，可廣泛應用于LED、LD、光電探測器、太陽能電池等領域。

為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

本實用新型的納米柱紫外LED，由下至上依次包括襯底、預鋪Al層、AlN層、AlGaN層、u-GaN層、n-GaN層、量子阱納米柱以及p-GaN納米柱；所述量子阱納米柱為InGaN/GaN-1/AlGaN/GaN-2量子阱納米柱，GaN-1和GaN-2為壘層，InGaN為阱層，量子阱的周期數為5-10個，量子阱的第一層與最后一層均為GaN壘層。GaN-1表示的是GaN層，GaN-2表示的是GaN層。

預鋪Al層的厚度為1-5nm，AlN層的厚度為100-300nm，AlGaN層的厚度為300-900nm，u-GaN層的厚度為500-1000nm，n-GaN層的厚度為1000-3000nm；量子阱層納米柱為InGaN/GaN-1/AlGaN/GaN-2量子阱納米柱，其中GaN-1和GaN-2的厚度為3-7nm，AlGaN厚度為1-3nm，InGaN厚度為2-5nm，量子阱的周期為5-10個周期，量子阱納米柱的第一層與最后一層均為GaN壘層；p-GaN納米柱的厚度為200-400nm。

所述納米柱紫外LED的制備方法是在紫外LED外延片的表面設置一層納米二氧化硅顆粒，然后以納米二氧化硅顆粒為掩膜，在紫外LED外延片上刻蝕出納米柱結構，從而獲得納米柱紫外LED。

所述納米柱紫外LED的制備方法，具體包括以下步驟：