[实用新型]一种紫外发光二极管

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种紫外发光二极管。

背景技术

目前所用的传统紫外光源是气体激光器和汞灯，存在着低效率、体积大、不环保和电压高等缺点。与之相反，基于AlGaN半导体材料的紫外发光二极管是一种固态紫外光源，它具有无汞污染、波长可调、体积小、集成性好、能耗低、寿命长等诸多优势，在杀菌消毒、癌症检测、皮肤病治疗等医疗卫生领域，在二恶英、多氯联苯、农药等污染物快速分解、以及水与空气净化等环保领域，在高显色指数白光照明能源领域，大容量信息传输和存储等信息领域具有广泛应用。然而与外量子效率已高达85%以上的InGaN基蓝光LED相比，目前AlGaN基紫外发光二极管的发光功率和效率还远不能令人满意，波长短于320nm的UV-LED的发光效率普遍在1%以下。导致高Al组分AlGaN基深紫外LED效率偏低的一个主要原因是AlGaN材料缺陷密度高的问题。由于很难获得III族氮化物的体材料衬底，AlGaN紫外发光二极管的外延通常只能在蓝宝石等异质衬底上进行。由于这些异质衬底的晶格常数不同于高铝组分的AlGaN材料，并且由于Al原子的表面迁移率很低，在高铝组分AlGaN的外延生长过程中，抵达反应界面的Al原子难以迁移到台阶或者扭结这些能量的最低点，因此无法完成理想的二维外延生长，导致高Al组分的AlGaN薄膜由许多马赛克状分布的细小亚晶粒组成。在这些亚晶粒之间，会形成在密度高达10⁹～10¹¹cm^-2的穿透位错。材料中的穿透位错起着非辐射复合中心的作用，过高的位错密度会强烈降低LED的内量子效率。虽然可以通过不断优化AlGaN材料的外延生长工艺，尽量抑制里面缺陷的形成，比如美国SET公司的MaxShatalov等人主要通过采用迁移增强型MOCVD生长出了厚达10μm的高质量AlN模板，使得器件外延结构的量子阱区所有位错密度在2×10⁸cm^-2以下，成功实现了外量子效率高达10.4%的278nm深紫外LED。但总的来说，单纯通过改善材料外延生长工艺提高AlGaN基深紫外LED的内量子效率的潜力已十分有限，因此如何运用新原理和新机制来提高其内量子效率已成为目前一个迫切需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述的AlGaN基紫外LED里高缺陷密度所引起的辐射复合效率低的问题，提供一种紫外发光二极管，提高自发辐射速率，从而提高发光器件的内量子效率。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种紫外发光二极管，包括：

衬底；

AlN本征层，形成在所述衬底上；

n型Al_xGa_1-xN层，形成在所述AlN层上，且所述n型Al_xGa_1-xN层具有第一表面和第二表面；

Al_xGa_1-xN多量子阱层，形成在所述n型Al_xGa_1-xN层的第一表面上；

p型Al_xGa_1-xN电子阻挡层，形成在所述Al_xGa_1-xN多量子阱层上；

P型GaN层，形成在所述p型Al_xGa_1-xN电子阻挡层上；

纳米金属颗粒结构，形成在所述P型GaN层上；

电流扩展层，形成在所述纳米金属颗粒结构上；

p型电极，形成在所述电流扩展层上；

n型电极，形成在所述n型Al_xGa_1-xN层的第二表面上；

倒装基板，通过焊料分别与所述p型电极和所述n型电极焊接。

进一步地，所述衬底是蓝宝石、碳化硅或AlN；所述AlN本征层的厚度在0-10微米之间；所述n型Al_xGa_1-xN层的Al组分为0-100%，厚度为0.1-10微米；所述Al_xGa_1-xN多量子阱层的Al组分为0-100%，厚度为1-500纳米；所述p型Al_xGa_1-xN电子阻挡层Al组分为0-100%，厚度为1-200纳米；所述p型GaN层厚度为1-200纳米。