[發(fā)明專利]一種具有階梯型電子阻擋層結(jié)構(gòu)的深紫外LED及制備方法

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• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112382710A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張駿;岳金順;梁仁瓅
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州紫燦科技有限公司
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/00
• 代理公司: 武漢智嘉聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42231
• 代理人: 丁倩

本發(fā)明公開了一種具有階梯型電子阻擋層結(jié)構(gòu)的深紫外LED及其制備方法，該具有階梯型電子阻擋層結(jié)構(gòu)的深紫外LED由下至上依次包括藍寶石襯底、AlN本征層、n型AlGaN電子注入層、量子阱有源層、階梯型電子阻擋層、p型AlGaN空穴注入層和p型GaN接觸層。沿量子阱有源層到p型AlGaN空穴注入層的方向上，階梯型電子阻擋層依次包括第一AlGaN阻擋層、GaN阻擋層和第二AlGaN阻擋層，第一AlGaN阻擋層的Al組分含量百分數(shù)大于量子阱有源層中勢壘的Al組分含量百分數(shù)，且第二AlGaN阻擋層的Al組分含量百分數(shù)大于或等于第一AlGaN阻擋層的Al組分含量百分數(shù)。本發(fā)明通過引入階梯型電子阻擋層結(jié)構(gòu)，提升了電子阻擋層的等效勢壘高度，緩解了電子溢流效應(yīng)，從而提高了深紫外LED的發(fā)光效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電領(lǐng)域，特別是一種具有階梯型電子阻擋層結(jié)構(gòu)的深紫外LED及制備方法。

背景技術(shù)

Ⅲ族氮化物作為寬禁帶半導(dǎo)體材料中的杰出代表，已經(jīng)實現(xiàn)了高效的藍綠光發(fā)光二極管(全稱light-emitting diodes，簡稱LED)、激光器等固態(tài)光源器件，其在平板顯示、白光照明等應(yīng)用方面取得了巨大成功。近十年來，人們期望將這種高效的發(fā)光材料應(yīng)用于紫外波段，以滿足日益增長的紫外光源需求。紫外波段根據(jù)其生物效應(yīng)通常可分為：長波紫外(即UVA，波長為320～400nm)、中波紫外(即UVB，波長為280～320nm)、短波紫外(即UVC，波長為200～280nm)以及真空紫外(即VUV，波長為10～200nm)。紫外線雖然不能被人類眼睛所感知，但其應(yīng)用卻非常廣泛。長波紫外光源在醫(yī)學(xué)治療、紫外固化、紫外光刻、信息存儲、植物照明等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景；而深紫外光包含中波紫外和短波紫外，則在殺菌消毒、水凈化、生化探測、非視距通信等方面有著不可替代的作用。目前，傳統(tǒng)紫外光源主要是汞燈，具有體積大、功耗高、電壓高、污染環(huán)境等缺點，不利于其在日常生活及特殊環(huán)境下的應(yīng)用。因此，人們迫切希望研制出一種高效的半導(dǎo)體紫外光源器件以替代傳統(tǒng)的汞燈?，F(xiàn)有研究表明Ⅲ族氮化物中的AlGaN是制備半導(dǎo)體紫外光源器件的最佳候選材料，AlGaN基紫外LED具有無毒環(huán)保、小巧便攜、低功耗、低電壓、易集成、壽命長、波長可調(diào)等諸多優(yōu)勢，有望在未來幾年取得突破性進展以及廣泛應(yīng)用，并逐步取代傳統(tǒng)紫外汞燈。

目前，Al_xGa_1-xN材料的禁帶寬度可通過改變Al組分實現(xiàn)從3.4eV(GaN)到6.2eV(AlN)范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)，能夠?qū)崿F(xiàn)從365nm到200nm光譜范圍內(nèi)的發(fā)光。其中，GaN的帶邊發(fā)光波長約為360nm，通常作為氮化物紫外發(fā)光二極管(全稱Ultraviolet light-emittingdiodes,簡稱UV-LED)發(fā)光波段的一個劃分標(biāo)志。發(fā)光波長大于360nm的UV-LED的有源區(qū)采用和藍光LED類似的GaN/InGaN量子阱(QWs)結(jié)構(gòu)。其相關(guān)研究早在上世紀90年代就已開始，目前已成功商業(yè)化，外量子效率(EQE)也已超過40％，達到了與藍光LED相比擬的水平。

而對于發(fā)光波長小于360nm的UV-LED則主要采用AlGaN量子阱結(jié)構(gòu)作為有源區(qū)，電子溢流效應(yīng)是導(dǎo)致高Al組分AlGaN基深紫外LED效率偏低的主要原因之一，具體是由于電子注入層的電子越過電子阻擋層至p型層，造成了p型層發(fā)光，降低了內(nèi)量子效率，從而無法取得較為理想的量子效率。故需要提出一種新的紫外LED方案用于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種具有階梯型電子阻擋層結(jié)構(gòu)的深紫外LED及制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中由于電子溢流效應(yīng)而導(dǎo)致深紫外LED效率低的問題。