[发明专利]一种具有倒装结构的紫外发光二极管

说明书

本发明提供了一种具有倒装结构的紫外发光二极管，其该二极管自下而上依次为衬底、AlN成核层、非掺杂AlN或者Al_aGa_1‑aN缓冲层、n型Al_bGa_1‑bN区、Al_cGa_1‑cN‑Al_dGa_1‑dN多量子阱有源区、BN电子阻挡层、Al_eGa_1‑eN‑BN布拉格反射镜结构p型区、重掺p型GaN层、ITO导电层、在ITO导电层上设置有p型欧姆电极，在n型Al_bGa_1‑bN层上设置有n型欧姆电极，且n型欧姆电极与除n型Al_bGa_1‑bN层以外的其他区域绝缘。该二极管有效提高了紫外LED的发光效率，同时大幅降低紫外LED的开启电压和电阻率。

技术领域

本发明涉及一种具有倒装结构的紫外发光二极管(LED),属于化合物半导体光电子材料与紫外LED制造领域。

背景技术

紫外光由于具有较高的光子能量和较强的穿透能力而被广泛地应用于杀菌消毒、水和空气净化、固态照明、生物化学有害物质检测、高密度存储和军用通信等领域。

AlGaN材料是制备紫外LED的核心材料。首先，Al_nGa_1-nN材料是宽禁带直接带隙半导体材料(0<n<1)，通过调节三元化合物Al_nGa_1-nN中的Al组分n，可以实现Al_nGa_1-nN带隙能量在3.4～6.2eV之间连续变化，从而获得波长范围从210到365nm的紫外光。其次，Al_nGa_1-nN是一种强离子键结合的化合物，具有较高的热稳定性和化学稳定性以及较长的寿命。此外，AlGaN基紫外LED能耗低、零污染，相比汞灯和氙灯等传统气体紫外光源有显著优势，因此AlGaN基紫外LED具有广泛的应用前景和巨大的研究价值。

然而，以现有技术制备的倒装结构的紫外LED的发光效率普遍较低，导致这一结果的原因主要有以下三个：1、对紫外光尤其是深紫外光透明的高Al组分p型AlGaN难以实现，而p-GaN或者低Al组分的p-AlGaN材料又会对多量子阱有源区发出的紫外光产生强烈的吸收；2、高Al组分p型AlGaN材料中空穴浓度随着Al组分的升高呈指数型下降，从而导致紫外LED的电子空穴复合发光效率显著降低；3、高Al组分p型AlGaN材料由于其中的空穴浓度低，因此与金属电极的欧姆接触难以实现，导致紫外LED开启电压过高且发热严重。另外，现有技术采用的AlGaN电子阻挡层(EBL)在阻挡电子的同时也阻碍了空穴注入有源区，使得紫外LED的电阻率偏高。

为提高倒装紫外LED的发光效率，现有技术通常采用高Al组分p型AlGaN材料作为p型区以减少p型区对多量子阱有源区发出的紫外光的吸收，或者采用高反射率的金属电极以提高对多量子阱发出的紫外光的反射效率。但是，提高p型AlGaN材料的Al组分会导致空穴浓度急剧下降，而单纯提高金属反射率并不能从根本上解决p型区域材料吸光的问题，效果十分有限。因此，现有技术并不能有效地解决倒装紫外LED发光效率低下的问题。有鉴于此，本发明提供一种具有倒装结构的紫外LED，其特征在于一方面以氮化硼(BN)替代传统的p-AlN或p-AlGaN作为电子阻挡层(EBL)，另一方面以BN和AlGaN材料组成布拉格反射镜(DBR)结构，替代传统的p-AlGaN区域。因为Mg在BN材料中的激活能(＜30meV)远小于其在AlGaN材料(>170meV)中的激活能，所以本发明提供的p型区既可以为多量子阱有源区提供更多的空穴，又由于DBR的引入所以能够对多量子阱发出的紫外光形成高效反射。同时，采用BN作为EBL使得其与多量子阱的势垒之间的价带不连续较小，因而也可以提高空穴注入有源区的效率，从而使紫外LED的发光效率获得大幅提高。

发明内容