[发明专利]一种具有双掺杂多量子阱结构的紫外发光二极管

说明书

本发明公开了一种具有双掺杂多量子阱结构的紫外发光二极管，包括：由下至上依次设置的衬底，AlN中间层、非掺杂AlGaN缓冲层、n型AlGaN层、双掺杂的Al_xGa_1‑xN/Al_yGa_1‑yN多量子阱有源区、Al_zGa_1‑zN电子阻挡层，其中z>y>x，p型AlGaN层和透明导电层，在n型AlGaN层和透明导电层上分别设置的n型欧姆电极和p型欧姆电极。本发明的有益效果为：本发明可形成与极化电场方向相反的补偿电场，一方面有利于减缓甚至消除量子阱的能带倾斜，增加量子阱势垒层的有效高度，提高载流子，特别是电子在多量子阱结构中分布的均匀性；另一方面，增加了量子阱中的电子与空穴的波函数在空间上的重叠程度，提高了电子与空穴的辐射复合效率，从而能够显著提升UV‑LED的发光效率。

技术领域

本发明涉及半导体光电子材料和器件制造的技术领域，尤其是一种具有双掺杂多量子阱结构的紫外发光二极管。

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，而被广泛地应用于杀菌消毒、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。

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中的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210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，相比汞灯和氙灯等传统气体紫外光源有显著优势，因此AlGaN基UV-LED具有广泛的应用前景和巨大的研究价值。

然而，如图3所示的、以现有技术制备的多量子阱结构的AlGaN基UV-LED的发光效率普遍较低。存在于量子阱中的极化电场是造成UV-LED的发光效率低下的一个重要因素。由于纤锌矿结构AlGaN基材料沿(0001)方向存在数量级高达MV/cm的强极化电场，该极化电场可引起强烈的量子限制斯塔克效应(QCSE)，使得量子阱能带发生倾斜，产生附加势垒，阻碍载流子的输运，造成电子和空穴波函数的空间分离，从而极大地降低极性(0001)面AlGaN基UV-LED的发光效率。

为提高UV-LED的发光效率，现有技术通常采用降低量子阱中阱层的厚度或减小量子阱阱深等方法来削弱极化电场对电子和空穴复合效率的影响，以提高UV-LED的发光效率。然而降低量子阱中阱层的厚度会对异质结界面的陡峭度产生极高的要求，而减小量子阱阱深将会增加载流子分布的不均匀，具体表现为大量电子会堆积在多量子阱结构的最后一个量子阱中，容易引起电子溢流。故现有技术并不能有效地解决极性器件中由于极化电场造成的UV-LED发光效率下降的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有双掺杂多量子阱结构的紫外发光二极管，能够形成与极化电场方向相反的补偿电场，从而能抵消极化电场，有效提高AlGaN基UV-LED的发光效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有双掺杂多量子阱结构的紫外发光二极管，包括：由下至上依次设置的衬底101，AlN中间层102、非掺杂AlGaN缓冲层103、n型AlGaN层104、双掺杂的Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源区105、Al_zGa_1-zN电子阻挡层106，其中z>y>x，p型AlGaN层107和透明导电层108，在n型AlGaN层和透明导电层上分别设置的n型欧姆电极109和p型欧姆电极110。