[发明专利]一种具有阶梯型电子阻挡层结构的深紫外LED及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有阶梯型电子阻挡层结构的深紫外LED及其制备方法，该具有阶梯型电子阻挡层结构的深紫外LED由下至上依次包括蓝宝石衬底、AlN本征层、n型AlGaN电子注入层、量子阱有源层、阶梯型电子阻挡层、p型AlGaN空穴注入层和p型GaN接触层。沿量子阱有源层到p型AlGaN空穴注入层的方向上，阶梯型电子阻挡层依次包括第一AlGaN阻挡层、GaN阻挡层和第二AlGaN阻挡层，第一AlGaN阻挡层的Al组分含量百分数大于量子阱有源层中势垒的Al组分含量百分数，且第二AlGaN阻挡层的Al组分含量百分数大于或等于第一AlGaN阻挡层的Al组分含量百分数。本发明通过引入阶梯型电子阻挡层结构，提升了电子阻挡层的等效势垒高度，缓解了电子溢流效应，从而提高了深紫外LED的发光效率。

技术领域

本发明涉及半导体光电领域，特别是一种具有阶梯型电子阻挡层结构的深紫外LED及制备方法。

背景技术

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(全称light-emitting diodes，简称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(即UVA，波长为320～400nm)、中波紫外(即UVB，波长为280～320nm)、短波紫外(即UVC，波长为200～280nm)以及真空紫外(即VUV，波长为10～200nm)。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；而深紫外光包含中波紫外和短波紫外，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。

目前，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。其中，GaN的带边发光波长约为360nm，通常作为氮化物紫外发光二极管(全称Ultraviolet light-emittingdiodes,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(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(EQE)也已超过40％，达到了与蓝光LED相比拟的水平。

而对于发光波长小于360nm的UV-LED则主要采用AlGaN量子阱结构作为有源区，电子溢流效应是导致高Al组分AlGaN基深紫外LED效率偏低的主要原因之一，具体是由于电子注入层的电子越过电子阻挡层至p型层，造成了p型层发光，降低了内量子效率，从而无法取得较为理想的量子效率。故需要提出一种新的紫外LED方案用于解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有阶梯型电子阻挡层结构的深紫外LED及制备方法，用于解决现有技术中由于电子溢流效应而导致深紫外LED效率低的问题。