[发明专利]一种氮化物量子阱结构深紫外发光二极管

说明书

本发明公开了一种氮化物量子阱结构深紫外发光二极管，从下到上至少包括：N型半导体层、发光层、P型半导体层，发光层为由势垒层和势阱层交替堆叠形成的多量子阱结构，其改进之处在于：相邻势垒层和势阱层之间设置有In_xAl_1‑xN插入层，且In_xAl_1‑xN插入层的能隙大于势阱层的能隙。本发明通过利用In_xAl_1‑xN插入层结构设计，降低TM主导的跃迁能级的电子‑空穴交叠积分，显著地增强TE模的自发辐射效率，提高c面深紫外LED的光抽取效率。

技术领域

本发明涉及深紫外氮化物LED领域，特别是一种提高TE偏振发光效率的AlGaN基量子阱结构深紫外LED。

背景技术

III族氮化物LED作为紫外(UV)光源可应用在许多领域，如杀菌、水净化、聚合物固化、荧光分析、传感技术等等。相比传统紫外光源汞灯，半导体UV光源具有可调的频率、小巧便携、低功耗、无汞环保等优势。

在过去的十多年中，氮化物UV LED取得了很大的进步，最大外量效率已达20%。尽管如此，氮化物UV LED依然面临很多问题，如较低的外延层质量、较高Mg受主激活能、较低光抽取效率等等。为了解决这些问题，提高UV LED发光效率，结构设计策略普遍被研究人员所采用。申请号为201711065558.8的中国专利公开了一种提高紫外氮化物发光二极管的光抽取效率和发光效率的结构。该结构通过在多量子阱的上方和/或下方引入价带电子态控制层(AlN/GaN超晶格)，从而能对多量子阱的阱层和垒层施加压应力，提高TE偏振光强度，改善c面LED的抽取效率。申请号201810119756.6的中国专利公开了一种能够提高深紫外LED器件的光输出功率的LED结构。该结构通过设计发光层的垒层为Al组分成锯齿形渐变的尖峰和沟槽，增强有源区对电子的储藏功能，减少电子的溢出。

鉴于目前深紫外氮化物LED较低光抽取效率等问题，能够通过量子阱结构设计，提出一种新的量子阱结构，改善c面LED的TE偏振光强度，进而提高其光抽取效率。

发明内容

本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，通过量子阱结构设计，提出一种氮化物量子阱结构深紫外发光二极管, 能够显著地提高AlGaN基深紫外LED的TE模自发发射率，进而改善c面LED的光抽取效率。

为了达到上述目的，本发明提出的氮化物量子阱结构深紫外发光二极管，从下到上至少包括：N型半导体层、发光层、P型半导体层，所述发光层为由势垒层和势阱层交替堆叠形成的多量子阱结构，其特征在于：所述相邻势垒层和势阱层之间设置有In_xAl_1-xN插入层，且In_xAl_1-xN插入层的能隙大于势阱层的能隙。

本发明在势垒层与势阱层之间引入In_xAl_1-xN插入层，该In_xAl_1-xN插入层能够降低TM主导的跃迁能级的电子-空穴交叠积分，使TM偏振主导的发射转换成TE偏振主导的发射，从而提高c面深紫外LED的光抽取效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为氮化物量子阱结构深紫外发光二极管的结构示意图。

图2为具有In_xAl_1-xN插入层结构LED(a)和传统AlGaN基LED(b)的势能剖面和导带子带和价带子带的波函数，其中x=0.15、势垒层为Al_0.59Ga_0.41N、势阱层为Al_0.44Ga_0.56N。