[發明專利]一種具有p-i-n型多量子阱結構的紫外發光二極管

有效

• 申請號: 202110509332.2
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113257962B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 張雄;房瑞庭;胡國華;崔一平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/06;H01L33/32
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

本發明公開了一種具有p?i?n型多量子阱結構的紫外發光二極管，由下到上依次設置有襯底、AlN緩沖層、n型AlGaN層、p?i?n型多量子阱有源區、電子阻擋層、p型AlGaN層、p型GaN歐姆接觸層，以及設置在n型AlGaN層上的n型電極和設置在p型GaN歐姆接觸層上的p型電極。本發明提供的具有p?i?n型多量子阱結構的紫外發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域中載流子的濃度差形成一個與原有內建電場方向相反的電場，能夠削弱p型區與n型區之間原有的內建電場，降低由內建極化電場導致的量子限制斯塔克效應，從而使電子與空穴的輻射復合效率得到提高，增強紫外發光二極管的發光功率。

技術領域

本發明涉及半導體光電子材料和器件的制造領域，特別涉及一種具有p-i-n型多量子阱結構的紫外發光二極管。

背景技術

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

此外，當AlGaN基UV-LED的p型AlGaN層的Al組分增加時，p型雜質(如Mg)的激活效率變低，使得注入到有源區的空穴數目降低，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發光效率和強度的不利影響，迫切需要研發新的UV-LED結構及其制備方案。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，提出一種具有p-i-n型多量子阱結構的紫外發光二極管，有效抑制量子限制斯塔克效應的不良影響，提高UV-LED的內量子效率與光輸出功率。

技術方案：一種具有p-i-n型多量子阱結構的紫外發光二極管，包括：由下到上依次設置的襯底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上設置的n型電極108和在p型GaN歐姆接觸層107上設置的p型電極109。

進一步的，p-i-n型多量子阱有源區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結構排列，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)的關系式；各量子壘之間為無摻雜量子阱。