[发明专利]一种具有量子点结构的紫外发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件制造领域，具体涉及一种具有量子点电子阻挡层(EBL)结构的紫外发光二极管(UV-LED)。

背景技术

紫外光谱包含所有波长为100至400nm的光线，且通常细分为三类：长波紫外线(315-400nm，UV-A)、中波紫外线(280-315nm，UV-B)和短波紫外线(100-280nm，UV-C)。与可见波段相比，紫外光光子能量更高，穿透能力更强，并且对于生物有强大的杀伤力。由于这些性质紫外光源在高显色指数固态照明、生物化学有害物质检测、水净化、高密度存储和短波长安全通信等领域都有重大的应用价值。此外，利用日盲紫外光(波长小于280nm)进行通信，具有保密性高、全天候抗干扰和非视距通信的优点，具有重大的军事价值。

对于制备紫外器件，AlGaN材料具有其固有的优势。首先，Al_xGa_1-xN材料是宽禁带直接带隙半导体材料，通过对三元化合物AlGaN中Al组分的选择，可以调节AlGaN带隙能量位于6.2～3.4eV的区间，对应于200到365nm的光波长范围。Al_xGa_1-xN是一种强离子键作用的化合物，具有较高的热稳定性和化学稳定性。基于AlGaN的器件不易老化，适合高温、强辐射等苛刻环境下的应用。AlGaN基UV-LED体积小、波长可控、寿命长、能耗低、零污染，比汞灯和氙灯等传统气体紫外光源有显著优势，具有巨大的社会和经济价值。

然而，与GaN基蓝绿光LED相比，在大电流注入条件下，AlGaN基紫外LED发光效率下滑更为明显，且发光峰值波长往短波方向移动。造成发光峰值波长向短波长方向移动的原因是由于随着注入电流的增大，有源区内部的自发极化和压电极化导致的内建电场因光生载流子的屏蔽作用而逐渐减小。关于LED发光效率下滑的现象，科学家们提出了几种解释机制，例如：空穴注入效率低，电子溢出，极化效应，量子限制斯塔克效应等。其中，电子溢出有源区和空穴注入效率低已被证实是其中的关键因素。

为降低电子溢出和提高空穴注入效率，如图2所示，现有技术通常将GaN基蓝绿光LED的多量子阱有源区的最后一层势垒替换成单层p型掺杂的AlGaN层或p型掺杂的AlGaN/InGaN超晶格结构形成电子阻挡层(EBL)，从而阻挡电子溢出有源区，同时提高空穴注入效率，对改善GaN基蓝绿光LED的内量子效率和提高发光功率有一定的作用。但是对于AlGaN基紫外LED而言，由于上述的EBL层的能带隙不够大，不仅本身就会吸收LED发出的紫外光线，而且阻挡电子溢出和提高空穴注入效率的作用也不明显。因此，为改善紫外LED的发光性能，相关产业界迫切需要一种新型的EBL材料和结构。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种包含有AlGaN量子点结构的AlN层作为电子阻挡层的紫外发光二极管。可提高有源区载流子的辐射复合效率，有效消除压电极化效应产生的内建电场的影响，从而减小电子与空穴波函数在空间上的分离，极大地提高LED的发光效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用下述的技术方案：

一种具有量子点结构的紫外发光二极管，其特征在于：包括由下至上依次设置的蓝宝石衬底101、AlN成核层102、非掺杂AlGaN缓冲层103、n型AlGaN层104、Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源区105、p型AlN/AlGaN量子点电子阻挡层106、p型AlGaN层107和氧化铟锡导电层(ITO)108，在n型AlGaN层上引出的n型欧姆电极110，在氧化铟锡导电层(ITO)上引出的p型欧姆电极109。

优选的，所述蓝宝石衬底101为r面蓝宝石衬底。

优选的，所述AlN成核层102的厚度为20-100nm，非掺杂AlGaN缓冲层103的厚度为100-800nm，n型AlGaN层104的厚度为800-1000nm，Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源区105的周期数为5-10，p型AlN/AlGaN量子点电子阻挡层106的厚度为20-80nm，p型AlGaN层107的厚度为50-200nm。