[发明专利]一种深紫外发光二极管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种深紫外发光二极管及其制备方法，属于半导体光电二极管技术领域，本发明提出在深紫外发光二极管中的有源区的最后一个量子垒(LQB)与电子阻挡层(EBL)之间插入一层具有高Al组分且Al组分沿着AlGaN基DUV LED的外延生长方向线性增加的AlGaN层。此外，所述插入的AlGaN层的起始Al组分与LQB的Al组分是一样的，其终止Al组分高于EBL的Al组分。本技术所要解决的主要问题是提供一种深紫外发光二极管及其制备方法来解决AlGaN基DUVLED的载流子注入不足的问题，从而提高AlGaN基DUV LED的外量子效率与发光功率；此外，还可以解决因为在传统的AlGaN基DUVLED中引入新的结构来抑制电子泄露和增强空穴注入而产生的工艺复杂性和高成本的问题。

技术领域

本发明涉及一种深紫外发光二极管及其制备方法，属于半导体光电二极管技术领域。

背景技术

AlGaN材料是一种直接带隙的宽禁带半导体，且其带隙在3.4eV～6.2eV范围内可调，对应的波长范围为365nm～200nm，因而成为制备深紫外发光二极管最常用的材料。AlGaN基深紫外发光二极管(DUV LED)由于具有低功耗，对环境无毒无污染，器件尺寸小，使用寿命长，可靠性高等优势而成为最有希望替代汞灯的深紫外光源。

经过十几年的发展，尽管AlGaN基DUV LED在外延生长方面已经取得了一些的进步，但是AlGaN基DUV LED的外量子效率仍然低于10％，限制了AlGaN基DUV LED的大规模商业化应用。由于AlGaN材料中电子迁移率远大于空穴迁移率，且p型AlGaN杂质的电离效率远低于n型AlGaN，使得器件有源区中电子和空穴的浓度以及在器件中的输运存在很大的不平衡，从而导致电子泄露到p型区，与p区空穴发生非辐射复合，降低了有源区的辐射复合率，也降低了空穴的注入效率。一般地，为了抑制电子泄露，在外延生长p型空穴注入层之前，会先生长一层p-AlGaN电子阻挡层(EBL)，并且，p型电子阻挡层的Al组分通常高于有源层中最后一个量子垒(LQB)的Al组分；但是，电子阻挡层的使用会通过极化诱导电子阻挡层与最后一个量子垒之间的正的界面电荷的产生。正界面电荷的存在将会吸引电子积聚在最后一个量子垒与电子阻挡层的交界处的势阱中，从而增加了电子泄露的几率；此外，正的界面电荷还会对来自p型注入区的空穴产生阻挡作用，减少了电子阻挡层中的空穴浓度，从而降低了空穴的注入效率。以上两方面因素会对AlGaN基DUV LED的载流子注入效率产生负面影响，限制了AlGaN基DUV LED外量子效率和光功率的提高。

专利号为CN112164740A的中国专利文件提供了一种通过在多量子阱有源区之前交替生长非掺杂B_xAl_1-xN层和n型Al_yGa_1-yN层多周期的复合结构作为电子缓冲器来抑制电子泄露并提高空穴注入效率的方法，但是，这种方法的外延工艺复杂，需要引入额外的前驱物，且对外延工艺控制的精度要求很高，会增加AlGaN基DUV LED的制备难度和成本。

专利号为CN105161582A(D1)的中国专利文件提供了一种深紫外LED结构，该结构通过引入插入在AlN和n-AlGaN接触层之间的20至30周期并且其A1组分随生长周期数增加依次降低的超晶格应力调控层，Si、In共掺杂的n-AlInGaN接触层，以及非对称单量子阱有源区的结构，不仅提高了AlGaN外延层的晶体质量，还增加了电子和空穴波函数的交叠，从而提高LED的发光效率。但是，这种方法的外延工艺复杂，需要引入额外的前驱物，且对外延工艺控制的精度要求很高，会增加AlGaN基DUV LED的制备难度和成本。