[发明专利]一种具有量子点p区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领域，具体涉及一种具有量子点p区结构的紫外发光二极管(UV-LED)。

背景技术

紫外光由于具有较高的光子能量和很强的穿透能力，而被广泛的应用于杀菌消毒、水和空气净化、固态照明、生物化学有害物质检测、高密度存储和军用通信等领域[1]。

AlGaN材料是制备UV-LED的核心材料。首先，Al_xGa_1-xN材料是宽禁带直接带隙半导体材料，通过调节三元化合物AlGaN中Al组分，可以实现AlGaN带隙能量在3.4～6.2eV之间连续变化，从而获得波长范围从200到365nm的紫外光。其次，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以及较长的寿命。此外，AlGaN基UV-LED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，具有广泛的应用前景和巨大的研究价值[1,2]。

然而，现有的AlGaN基UV-LED的发光效率依然很低，其层结构如图2所示，且发光效率随量子阱有源区Al组分的增加而变得越来越低。造成UV-LED发光效率低的原因主要是由于当前技术难以实现对高Al组分AlGaN材料的p型掺杂和激活，从而导致欧姆接触差，UV-LED的工作电压很高；而采用GaN或者低Al组分AlGaN材料作为p区时，虽然能获得较高的空穴浓度和较好的欧姆接触，但由于其禁带宽度相对较窄，极易对有源区的紫外出射光产生强烈吸收，会极大地降低UV-LED的出光效率。另外，UV-LED出光表面的全反射现象也是降低出射光提取效率的一个重要因素[3]。

为提高LED的光提取效率或发光效率，现有技术通常采用倒装和表面粗化技术。然而采用这两种技术仍无法从根本上解决GaN或低Al组分AlGaN材料对紫外出射光的吸收问题。要解决此问题，需在保证p区具有足够高空穴浓度的前提下，增加p区材料的禁带宽度，使其不对出射光产生吸收，但显然传统的量子阱或者超晶格等二维半导体材料无法满足这样的要求。因此，为提高UV-LED的出光效率，业界迫切需要研发一种新型的半导体p区材料和结构[4]。

参考文献：

1.HirayamaH,MaedaN,FujikawaS,etal.RecentprogressandfutureprospectsofAlGaN-basedhigh-efficiencydeep-ultravioletlight-emittingdiodes[J].JapaneseJournalofAppliedPhysics,2014,53(10):100209.

2.HirayamaH,FujikawaS,KamataN.RecentProgressinAlGaN‐BasedDeep‐UVLEDs[J].ElectronicsandCommunicationsinJapan,2015,98(5):1-8.

3.NguyenHPT,ZhangS,CuiK,etal.p-TypemodulationdopedInGaN/GaNdot-in-a-wirewhite-light-emittingdiodesmonolithicallygrownonSi(111)[J].Nanoletters,2011,11(5):1919-1924.

4.VermaJK,ProtasenkoVV,IslamSM,etal.Boostindeep-UVelectroluminescencefromtunnel-injectionGaN/AlNquantumdotLEDsbypolarization-induceddoping[C].SPIEOPTO.InternationalSocietyforOpticsandPhotonics,2014:89861W-89861W-6.

发明内容

发明目的：针对上述现有技术制备的UV-LED所存在的问题，本发明提供了一种GaN或者低Al组分的AlGaN量子点作为p区结构的UV-LED。采用该种结构既可提高LED的出光效率，避免传统半导体p区对有源区出射光的吸收，又由于p区量子点能够对有源区的出射光起到一定的漫反射作用，所以采用此种新型结构可减弱在UV-LED的出光面发生的全反射现象，从而极大地提高UV-LED的光提取效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：