[發明專利]一種深紫外發光二極管及其制備方法

在審

• 申請號: 202111677534.4
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114464711A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 劉超;劉夢然
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/12;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王楠

本發明涉及一種深紫外發光二極管及其制備方法，屬于半導體光電二極管技術領域，本發明提出在深紫外發光二極管中的有源區的最后一個量子壘(LQB)與電子阻擋層(EBL)之間插入一層具有高Al組分且Al組分沿著AlGaN基DUV LED的外延生長方向線性增加的AlGaN層。此外，所述插入的AlGaN層的起始Al組分與LQB的Al組分是一樣的，其終止Al組分高于EBL的Al組分。本技術所要解決的主要問題是提供一種深紫外發光二極管及其制備方法來解決AlGaN基DUVLED的載流子注入不足的問題，從而提高AlGaN基DUV LED的外量子效率與發光功率；此外，還可以解決因為在傳統的AlGaN基DUVLED中引入新的結構來抑制電子泄露和增強空穴注入而產生的工藝復雜性和高成本的問題。

技術領域

本發明涉及一種深紫外發光二極管及其制備方法，屬于半導體光電二極管技術領域。

背景技術

AlGaN材料是一種直接帶隙的寬禁帶半導體，且其帶隙在3.4eV～6.2eV范圍內可調，對應的波長范圍為365nm～200nm，因而成為制備深紫外發光二極管最常用的材料。AlGaN基深紫外發光二極管(DUV LED)由于具有低功耗，對環境無毒無污染，器件尺寸小，使用壽命長，可靠性高等優勢而成為最有希望替代汞燈的深紫外光源。

經過十幾年的發展，盡管AlGaN基DUV LED在外延生長方面已經取得了一些的進步，但是AlGaN基DUV LED的外量子效率仍然低于10％，限制了AlGaN基DUV LED的大規模商業化應用。由于AlGaN材料中電子遷移率遠大于空穴遷移率，且p型AlGaN雜質的電離效率遠低于n型AlGaN，使得器件有源區中電子和空穴的濃度以及在器件中的輸運存在很大的不平衡，從而導致電子泄露到p型區，與p區空穴發生非輻射復合，降低了有源區的輻射復合率，也降低了空穴的注入效率。一般地，為了抑制電子泄露，在外延生長p型空穴注入層之前，會先生長一層p-AlGaN電子阻擋層(EBL)，并且，p型電子阻擋層的Al組分通常高于有源層中最后一個量子壘(LQB)的Al組分；但是，電子阻擋層的使用會通過極化誘導電子阻擋層與最后一個量子壘之間的正的界面電荷的產生。正界面電荷的存在將會吸引電子積聚在最后一個量子壘與電子阻擋層的交界處的勢阱中，從而增加了電子泄露的幾率；此外，正的界面電荷還會對來自p型注入區的空穴產生阻擋作用，減少了電子阻擋層中的空穴濃度，從而降低了空穴的注入效率。以上兩方面因素會對AlGaN基DUV LED的載流子注入效率產生負面影響，限制了AlGaN基DUV LED外量子效率和光功率的提高。

專利號為CN112164740A的中國專利文件提供了一種通過在多量子阱有源區之前交替生長非摻雜B_xAl_1-xN層和n型Al_yGa_1-yN層多周期的復合結構作為電子緩沖器來抑制電子泄露并提高空穴注入效率的方法，但是，這種方法的外延工藝復雜，需要引入額外的前驅物，且對外延工藝控制的精度要求很高，會增加AlGaN基DUV LED的制備難度和成本。

專利號為CN105161582A(D1)的中國專利文件提供了一種深紫外LED結構，該結構通過引入插入在AlN和n-AlGaN接觸層之間的20至30周期并且其A1組分隨生長周期數增加依次降低的超晶格應力調控層，Si、In共摻雜的n-AlInGaN接觸層，以及非對稱單量子阱有源區的結構，不僅提高了AlGaN外延層的晶體質量，還增加了電子和空穴波函數的交疊，從而提高LED的發光效率。但是，這種方法的外延工藝復雜，需要引入額外的前驅物，且對外延工藝控制的精度要求很高，會增加AlGaN基DUV LED的制備難度和成本。