[发明专利]紫外发光二极管结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电子器件，尤其涉及一种紫外发光二极管(UV-LED)结构。

背景技术

UV-LED因其在激发白光、生化探测、杀菌消毒、净化环境、聚合物固化以及短距离安全通讯等诸多应用领域有着巨大的潜在应用价值而受到广泛关注。与传统紫外光源汞灯相比，AlGaN基UV-LED有着长寿命、低电压、波长可调、环保、方向性好、迅速切换、耐震耐潮、轻便灵活等众多优点，随着研究的深入，将成为未来新型应用的主流。

但是与GaN基蓝光LED相比，目前UV-LED的发光功率和效率还远不能令人们满意。其中原因之一是高质量高Al组分AlGaN的材料的外延生长困难，一般而言，Al组分越高，晶体质量越低，位错密度普遍在10⁹/cm^-2-10¹⁰/cm^-2乃至更高。目前，金属等离激元技术已经被成功用来提高可见光LED的发光效率。常用的等离激元金属包括Ag，Au等，这些金属的等离激元能量均位于可见光区域，无法用于提高紫外波段LED的发光效率，因此，通常认为等离激元技术并非是一种有效地可以提高紫外波段特别是深紫外波段LED发光效率的有效方法。然而，最近，参考文献1(Gao N，Huang K，Li J，Li S，Yang X，Kang J.Surface-plasmon-enhanced deep-UV light emitting diodes based on AlG aN multi-quantum wells Sci.Rep.2012，v.2：816)报道了采用Al金属薄膜可以提高UV-LED的发光效率，从实验上证实了采用具有高体等离激元的金属材料，可以有效提高UV-LED的发光效率。图1为现有技术的UV-LED的器件结构100，它包括蓝宝石衬底101、AlN缓冲层102、N型AlGaN薄膜103、AlGaN量子阱104、P型AlGaN薄膜105、P型GaN薄膜106、Al膜107、顶电极108和底电极109。发明人认为，由于P型GaN的厚度较厚(100nm)，远大于金属与量子阱的耦合距离，因此作者将发光强度的提高归因于金属等离激元对器件外量子效率的提高。从器件的有源区104发射出的光子可以从三个方向发射到器件外部，第一，依次透过N型AlGaNl03、AlN缓冲层102和蓝宝石衬底101，从器件底部射出。第二，通过P型GaNl06从器件顶部射出。第三，从器件的侧面射出。文献中通过等离激元技术提高了通过P型GaNl06从器件顶部射出那部分光线的出光效率。其中，第一部分发光为UV-LED发光的主要组成部分，而第二部分发光为UV-LED发光的次要组成部分。这是因为P型GaN薄膜106会对AlGaN量子阱104发射出的紫外光具有强烈的吸收。在参考文献1中，采用等离激元技术提高了第二部分发光(即透过P型GaN的紫外线)的出光效率。

由于倒装焊结构具有很好的电流分布特性和很好的散热特性，成为UV-LED器件的一种主流的器件结构。本发明中，我们将提出一系列的基于倒装焊结构的UV-LED器件结构，采用等离激元技术提高占主导地位的第一部分发光(即依次透过N型AlGaNl03、AlN缓冲层102和蓝宝石衬底101，从器件底部射出)的出光效率。此外我们还将提出UV-LED器件结构，采用等离激元技术提高AlGaN量子阱103的内量子效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种紫外发光二极管结构，采用等离激元技术提高出光效率和内量子效率。

本发明提供一种紫外发光二极管结构，包括：

一基底；

一N型AlGaN层，其制作在基底上，该N型AlGaN层上面的一侧有一台面；

一AlGaN量子阱，其制作在N型AlGaN层没有台面一侧的上面；

一P型AlGaN层，其制作在AlGaN量子阱上；

一P型GaN层，其制作在P型AlGaN层上；

一顶电极，其制作在P型GaN层上；

一底电极，其制作在N型AlGaN层一侧的台面上；

一金属层，其制作在基底的背面。

本发明还提供一种紫外发光二极管结构，包括：

一基底，该基底分为三段；

一N型AlGaN层，其制作在分为三段的基底上，该N型AlGaN层的下面形成有两个凹槽，该N型AlGaN层上面的一侧有一台面；

一AlGaN量子阱，其制作在N型AlGaN层没有台面一侧的上面；

一P型AlGaN层，其制作在AlGaN量子阱上；