[发明专利]一种具有极化掺杂复合极性面电子阻挡层的紫外LED

说明书

本发明公开了一种具有极化掺杂复合极性面电子阻挡层的紫外LED，包括由下至上依次设置的衬底、低温AIN成核层、高温AlN中间层、非掺杂AlGaN缓冲层、n型AlGaN层、Al_x1Ga_1‑x1N/Al_x2Ga_1‑x2N多量子阱有源区、极化掺杂复合极性面电子阻挡层和p型Al_x5Ga_1‑x5N层，所述n型AlGaN层上设置n型欧姆电极，所述p型Al_x5Ga_1‑x5N层上设置p型欧姆电极，所述极化掺杂复合极性面电子阻挡层包括由下至上设置的氮极性面p型Al_x3Ga_1‑x3N电子阻挡层和金属极性面p型Al_x4Ga_1‑x4N电子阻挡层。本发明的极化掺杂复合极性面电子阻挡层具有更高的电子阻挡层空穴浓度，有利于p型Al_x5Ga_1‑x5N层的空穴注入；减小了有源区与电子阻挡层的晶格失配，提高了外延层晶体质量；增加了有源区电子空穴的辐射复合效率，提高了紫外发光二极管的发光效率。

技术领域

本发明涉及半导体光电子材料和器件的制造领域，特别涉及一种具有极化掺杂复合极性面电子阻挡层的紫外LED。

背景技术

基于三族氮化物宽禁带半导体材料的紫外发光二极管(UV-LED)在杀菌消毒、聚合物固化、生化探测、非视距通讯及特种照明等领域有着广阔的应用前景，相比于传统紫外光源汞灯，UV-LED有着无汞环保、小巧便携、低功耗、低电压等优势。对于AlGaN基UV-LED，空穴浓度很低，加之空穴的迁移率较低，导致空穴注入量子阱有源区的效率较低；而电子较空穴具有较高的迁移率和较小的有效质量，尤其在大电流注入的情况下，容易克服量子阱的限制到达p型区与空穴进行非辐射复合，所以会造成严重的电流泄漏。

如图2所示，现有技术制备的AlGaN基UV-LED，包括由上至下依次设置的衬底201、低温AlN成核层202、高温AlN中间层203、非掺杂AlGaN缓冲层204、n型AlGaN层205、Al_x1Ga_1-x1N/Al_x2Ga_1-x2N多量子阱有源区206、金属极性面Al_x3Ga_1-x3N电子阻挡层207和p型AlGaN层208，在n型AlGaN层205和p型AlGaN层208上分别设置的n型欧姆电极209和p型欧姆电极210，其中金属极性面p型AlGaN电子阻挡层208具有较高的价带势垒，阻挡空穴注入到多量子阱有源区；由于最后一个量子阱势垒与电子阻挡层之间存在的较大晶格失配所产生的较大压电极化电场的影响，会造成异质结界面处的能带发生弯曲，因而会进一步阻挡空穴的注入。

为了有效地减少电子泄漏，同时提高空穴的注入效率，有研究者提出以Al组分渐变的AlGaN电子阻挡层、p型超晶格结构电子阻挡层等代替现有技术的单一Al组分的金属极性面p型AlGaN电子阻挡层，但仍然无法满意地解决以下问题：1)电子阻挡层对电子阻挡效果越明显，空穴注入效率越低；2)电子阻挡层与多量子阱有源区之间的晶格失配较大，造成异质结界面处的能带发生弯曲的同时也容易引起位错缺陷的产生；3)多量子阱有源区内仍存在较大的极化电场，使得载流子在有源区的分布不均匀。本研究小组曾利用氮极性面氮化物与金属极性面氮化物极化方向相反的特点提出一种复合极性面电子阻挡层(张雄，王南，崔一平，一种具有复合极性面电子阻挡层的发光二极管，中国发明专利号：ZL201610327873.2)，以在获得较高的有效电子势垒的同时，尽量降低有效空穴势垒，从而提高空穴的注入效率和LED的发光效率。但是，仅凭单纯的复合极性面电子阻挡层并不能增加空穴浓度。而一般而言，电子阻挡层内的空穴浓度越高，费米能级越靠近价带，电子阻挡层的电子势垒高度越高，而价带势垒越低，从而可以获得更好的电子阻挡效果和更高的p型区域的空穴注入效率。但是，单纯依靠增加Mg的掺杂浓度来提高空穴浓度会导致晶体质量的严重下降，进而影响UV-LED的发光效率。因此，设计和制备更加合理有效的电子阻挡层结构对提高AlGaN基UV-LED的发光效率具有重要的意义。