[发明专利]一种具有原位V型纳米孔结构的深紫外LED及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有原位V型纳米孔结构的深紫外LED及其制备方法，该具有原位V型纳米孔结构的深紫外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、V型纳米孔层、量子阱有源层、电子阻挡层、p型AlGaN注入层和p型GaN接触层；所述V型纳米孔层为具有若干V型纳米孔的AlGaN膜层，所述V型纳米孔为锥状结构，并设置于所述V型纳米孔层靠近所述量子阱有源层一侧，所述V型纳米孔的孔径为5～200nm。本发明通过在量子阱有源区生长前，通过降低生长温度的方式引入原位v型纳米孔，使空穴更加容易进入量子阱有源层的前几个阱之中，从而提高载流子注入效率，最终提高深紫外LED器件的发光效率。

技术领域

本发明涉及半导体光电领域，特别是一种具有原位V型纳米孔结构的深紫外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(Ultraviolet light-emitting diodes,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载流子注入效率偏低。在AlGaN材料中，空穴的迁移能力远高于电子的迁移能力；那么再同时注入到多量子阱区域的过程中，会导致靠近n型电子注入层的前几个势阱较难形成有效的电子空穴复合发光，从而一定程度上抑制了AlGaN基深紫外LED器件的发光效率。故需要提出一种有效的解决手段用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种具有原位V型纳米孔结构的深紫外LED及其制备方法，用于解决现有技术中载流子注入效率较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的第一解决方案为：一种具有原位V型纳米孔结构的深紫外LED，该具有原位V型纳米孔结构的深紫外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、V型纳米孔层、量子阱有源层、电子阻挡层、p型AlGaN注入层和p型GaN接触层；V型纳米孔层为具有若干V型纳米孔的AlGaN膜层，V型纳米孔为锥状结构，并设置于V型纳米孔层靠近量子阱有源层一侧，V型纳米孔的孔径为5～200nm。