[發(fā)明專利]一種具有p-i-n型多量子阱結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110509332.2
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113257962B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張雄;房瑞庭;胡國華;崔一平
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/06;H01L33/32
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

本發(fā)明公開了一種具有p?i?n型多量子阱結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，由下到上依次設(shè)置有襯底、AlN緩沖層、n型AlGaN層、p?i?n型多量子阱有源區(qū)、電子阻擋層、p型AlGaN層、p型GaN歐姆接觸層，以及設(shè)置在n型AlGaN層上的n型電極和設(shè)置在p型GaN歐姆接觸層上的p型電極。本發(fā)明提供的具有p?i?n型多量子阱結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管能夠提高載流子濃度及注入效率，并可利用摻雜濃度不同的相鄰區(qū)域中載流子的濃度差形成一個與原有內(nèi)建電場方向相反的電場，能夠削弱p型區(qū)與n型區(qū)之間原有的內(nèi)建電場，降低由內(nèi)建極化電場導(dǎo)致的量子限制斯塔克效應(yīng)，從而使電子與空穴的輻射復(fù)合效率得到提高，增強紫外發(fā)光二極管的發(fā)光功率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子材料和器件的制造領(lǐng)域，特別涉及一種具有p-i-n型多量子阱結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管。

背景技術(shù)

AlGaN基紫外發(fā)光二極管(UV-LED)具有能耗低、對環(huán)境友好、發(fā)光波長可調(diào)等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于印刷油墨固化、高密度數(shù)據(jù)信息存儲、殺菌消毒、醫(yī)療保健、水和空氣凈化等領(lǐng)域。由于缺少GaN或AlN同質(zhì)襯底，AlGaN基UV-LED通常利用異質(zhì)襯底，如藍寶石、碳化硅、硅等襯底進行生長。然而由于與異質(zhì)襯底之間存在較大的晶格失配，在極性c面藍寶石等異質(zhì)襯底上外延生長的A1GaN基UV-LED結(jié)構(gòu)中存在強烈的自發(fā)極化與壓電極化效應(yīng)，使得在異質(zhì)界面處電荷發(fā)生累積，形成沿生長方向的極化電場，這種現(xiàn)象即所謂量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)。該極化電場會導(dǎo)致UV-LED中的量子阱的導(dǎo)帶和價帶帶邊發(fā)生傾斜，使得電子和空穴的波函數(shù)在空間上產(chǎn)生分離，致使電子與空穴的輻射復(fù)合幾率降低，嚴(yán)重影響UV-LED器件的內(nèi)量子效率或發(fā)光效率。

此外，當(dāng)AlGaN基UV-LED的p型AlGaN層的Al組分增加時，p型雜質(zhì)(如Mg)的激活效率變低，使得注入到有源區(qū)的空穴數(shù)目降低，最終抑制了UV-LED的光輸出能力。為了緩解或抑制上述兩種因素對UV-LED發(fā)光效率和強度的不利影響，迫切需要研發(fā)新的UV-LED結(jié)構(gòu)及其制備方案。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種具有p-i-n型多量子阱結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，有效抑制量子限制斯塔克效應(yīng)的不良影響，提高UV-LED的內(nèi)量子效率與光輸出功率。

技術(shù)方案：一種具有p-i-n型多量子阱結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，包括：由下到上依次設(shè)置的襯底101、AlN緩沖層102、n型AlGaN層103、p-i-n型多量子阱有源區(qū)104、電子阻擋層105、p型AlGaN層106、p型GaN歐姆接觸層107，以及在n型AlGaN層103上設(shè)置的n型電極108和在p型GaN歐姆接觸層107上設(shè)置的p型電極109。

進一步的，p-i-n型多量子阱有源區(qū)104中的各量子壘由下至上依次為具有不同摻雜濃度的n型摻雜量子壘、無摻雜i型量子壘以及具有不同摻雜濃度的p型摻雜量子壘，即由下至上量子壘按摻雜類型以n₁-n₂-…-n_x-i-p₁-p₂-…-p_y結(jié)構(gòu)排列，其中x和y分別為n型摻雜量子壘和p型摻雜的量子壘數(shù)目；n型摻雜量子壘中的電子濃度沿生長方向由下至上依次減小，而p型摻雜量子壘中的空穴濃度沿生長方向由下至上依次增大，且電子濃度滿足c(n₁)c(n₂)c(…)c(n_x)、空穴濃度滿足c(p₁)c(p₂)c(…)c(p_y)的關(guān)系式；各量子壘之間為無摻雜量子阱。