[发明专利]一种量子垒掺杂的深紫外LED及制备方法

说明书

本发明公开了一种量子垒掺杂的深紫外LED及制备方法，所述量子垒掺杂的深紫外LED包括蓝宝石衬底、N型AlGaN接触层、量子阱有源层、P型AlGaN载流子输运层和P型GaN接触层，所述蓝宝石衬底上依次设置N型AlGaN接触层，量子阱有源层，P型AlGaN载流子输运层和P型GaN接触层；所述量子阱有源层由6个周期的量子叠层依次堆叠构成，所述量子叠层包括量子垒层和量子阱层，所述量子垒层为12nm的Al_0.55Ga_0.45N量子垒，且所述量子垒层Si掺杂浓度为5×10¹⁸～1×10¹⁹。本发明利用量子垒掺杂实现极化自屏蔽的效应，提高量子阱内部的载流子波函数重叠率，从而提高深紫外LED的出光功率。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别是一种量子垒掺杂的深紫外LED及制备方法。

背景技术

目前，基于AlGaN材料的深紫外LED(即紫外光波长λ<300nm)，由于其广泛的潜在应用，如消毒，空气和水净化，生化检测和光通信，引起了许多科学家的关注。然而，深紫外LED低的外量子效率仍然不能满足目前的应用要求，这主要受限于其低的内量子效率和光提取效率。

由于AlGaN材料中存在的强的不对称性，导致了其内部有很强的自发极化和压电极化，产生的极化电场使得量子阱中空穴载流子和电子载流子的波函数分离，降低其相互耦合产生光子的概率，因而，严重的影响了LED的内量子效率和出光率。基于常规的深紫外LED芯片外延结构设计，在改善深紫外LED的量子阱波函数覆盖率方面，需要对深紫外LED的结构进行新的设计以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种量子垒掺杂的深紫外LED及制备方法，用于解决现有技术中AlGaN材料极化电场对紫外LED的内量子效率造成限制的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供第一解决方案为：一种量子垒掺杂的深紫外LED，包括蓝宝石衬底、N型AlGaN接触层、量子阱有源层、P型AlGaN载流子输运层和P型GaN接触层，蓝宝石衬底上依次设置N型AlGaN接触层，量子阱有源层，P型AlGaN载流子输运层和P型GaN接触层；量子阱有源层由6个周期的量子叠层依次堆叠构成，量子叠层包括量子垒层和量子阱层，量子垒层为12nm的Al_0.55Ga_0.45N量子垒，且量子垒层Si掺杂浓度为5×10¹⁸～1×10¹⁹。

优选的，量子阱层为3nm的Al_0.45Ga_0.55N量子阱，且量子阱层无掺杂。

优选的，N型AlGaN接触层的厚度为2～3μm，且Si掺杂浓度为5×10¹⁸～1×10¹⁹。

优选的，P型AlGaN载流子输运层厚度为25nm，且Mg掺杂浓度为1×10¹⁹～3×10¹⁹。

优选的，P型GaN接触层厚度为300nm，且Mg掺杂浓度为1×10¹⁹～5×10¹⁹。

为解决上述技术问题，本发明提供第二解决方案为：一种量子垒掺杂的深紫外LED制备方法，具体步骤为采用金属有机化学气相沉积法于蓝宝石衬底上依次沉积N型AlGaN接触层，量子阱有源层，P型AlGaN载流子输运层和P型GaN接触层；量子垒掺杂的深紫外LED制备方法用于制备前述第一解决方案中任一量子垒掺杂的深紫外LED。

优选的，制备量子垒掺杂的深紫外LED时，所采用的Ga源为三甲基镓TMGa，Al源为三甲基镓TMAl，氮源为氨气NH₃，载气为氢气H₂，N型和P型的掺杂源分别为硅烷SiH₄和二茂镁Cp₂Mg。