[发明专利]一种脉冲掺杂电子阻挡层的深紫外LED及其制备方法

说明书

本发明公开了一种脉冲掺杂电子阻挡层的深紫外LED及其制备方法，所述脉冲掺杂电子阻挡层的深紫外LED由下至上依次设置有蓝宝石衬底、AlN本征层、n型AlGaN电子注入层、电流扩展层、量子阱有源层、脉冲掺杂电子阻挡层、p型AlGaN注入层和p型GaN接触层；所述脉冲掺杂电子阻挡层为各反应源以时间上分离的方式分别通入后生长得到，每次通入一种反应源，所述反应源包括Al源、Ga源、Mg源及氨气。本发明通过采用脉冲式沉积方式来生长脉冲掺杂电子阻挡层，增强了表面效应，显著提高了Mg掺入到AlGaN中的掺杂浓度，从而使其空穴浓度显著提高，进而提高了器件的发光效率。

技术领域

本发明涉及半导体光电领域，特别是一种脉冲掺杂电子阻挡层的深紫外LED及其制备方法。

背景技术

目前Ⅲ族氮化物作为宽禁带半导体材料中的杰出代表，已经实现了高效的蓝绿光发光二极管(light-emitting diodes，LED)、激光器等固态光源器件，其在平板显示、白光照明等应用方面取得了巨大成功。近十年来，人们期望将这种高效的发光材料应用于紫外波段，以满足日益增长的紫外光源需求。紫外波段根据其生物效应通常可分为：长波紫外(UVA，320nm～400nm)、中波紫外(UVB，280nm～320nm)、短波紫外(UVC，200nm～280nm)以及真空紫外(VUV，10nm～200nm)。紫外线虽然不能被人类眼睛所感知，但其应用却非常广泛。长波紫外光源在医学治疗、紫外固化、紫外光刻、信息存储、植物照明等领域有着巨大的应用前景；而中波紫外及短波紫外(统称深紫外)则在杀菌消毒、水净化、生化探测、非视距通信等方面有着不可替代的作用。目前，传统紫外光源主要是汞灯，具有体积大、功耗高、电压高、污染环境等缺点，不利于其在日常生活及特殊环境下的应用。因此，人们迫切希望研制出一种高效的半导体紫外光源器件以替代传统的汞灯。现有研究表明Ⅲ族氮化物中的AlGaN是制备半导体紫外光源器件的最佳候选材料。AlGaN基紫外LED具有无毒环保、小巧便携、低功耗、低电压、易集成、寿命长、波长可调等诸多优势，有望在未来几年取得突破性进展以及广泛应用，并逐步取代传统紫外汞灯。

Al_xGa_1-xN材料的禁带宽度可通过改变Al组分实现从3.4eV(GaN)到6.2eV(AlN)范围内的连续可调，能够实现从365nm到200nm光谱范围内的发光。GaN的带边发光波长通常作为氮化物紫外发光二极管(全称Ultraviolet light-emitting diodes，简称UV-LED)发光波段的一个划分标志。发光波长大于360nm的UV LED的有源区采用和蓝光LED类似的GaN/InGaN量子阱(简称QWs)结构。其相关研究早在上世纪90年代就已开始，目前已成功商业化，外量子效率(简称EQE)也已超过40％，达到了与蓝光LED相比拟的水平。相比之下，发光波长小于360nm的UV-LED则主要采用AlGaN量子阱结构作为有源区，其量子效率远没有这么令人满意。

导致高Al组分AlGaN基深紫外LED效率偏低的一个主要原因是载流子注入效率偏低。载流子注入效率低一部分来源于高Al组分AlGaN材料中p型掺杂效率低导致，从而使最终器件的发光效率较低。故需要提供一种新的深紫外LED制备方案用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种脉冲掺杂电子阻挡层的深紫外LED及其制备方法，用于解决现有技术中高Al组分AlGaN材料中p型掺杂效率低，从而使器件的发光效率较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供第一解决方案：提供了一种脉冲掺杂电子阻挡层的深紫外LED由下至上依次设置有蓝宝石衬底、AlN本征层、n型AlGaN电子注入层、电流扩展层、量子阱有源层、脉冲掺杂电子阻挡层、p型AlGaN注入层和p型GaN接触层；脉冲掺杂电子阻挡层为四种反应源循环交替通入后生长得到，每次通入一种反应源，四种反应源包括Al源、Ga源、Mg源及氨气。

其中，脉冲掺杂电子阻挡层为单层AlGaN掺Mg结构。