一种具有量子点结构的紫外发光二极管制造技术

本发明专利技术公开了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)，包括由下至上依次设置的蓝宝石衬底、AlN成核层、非掺杂u型AlGaN缓冲层、n型AlGaN层、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN量子阱有源区、p型AlN/AlGaN量子点电子阻挡层、p型AlGaN层和氧化铟锡导电层(ITO)，在n型AlGaN层上引出n型欧姆电极，在氧化铟锡导电层(ITO)上引出p型欧姆电极。本发明专利技术通过采用自组装AlN/AlGaN量子点的p型掺杂层作为电子阻挡层和空穴注入层，能够有效抑制电子溢出有源区，增强空穴注入有源区效率，从而提高有源区内载流子的复合效率。并且用AlN取代蓝光LED中常用的AlGaN作为EBL层，能够更加有效地减少EBL层对紫外光的吸收，提高UV-LED的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有量子点结构的紫外发光二极管
本专利技术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)。
技术介绍
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，AlxGa1-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。AlxGa1-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。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供了一种包含有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，本专利技术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、AlxGa1-xN/AlyGa1-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，AlxGa1-xN/AlyGa1-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。优选的，在所述AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区105与p型AlGaN层107之间设置有p型AlN/AlGaN量子点电子阻挡层106；电子阻挡层106是在AlN中以自组装模式生长的、呈均匀分布的AlGaN量子点优选的，所述的p型AlN/AlGaN量子点电子阻挡层106中采用Mg进行掺杂，其中Mg的掺杂浓度介于1×1017至1×1020cm-3之间。优选的，所述AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区105中，阱和垒的Al组分满足如下要求：0.20≤x≤0.60，0.30≤y≤0.70，x<y。有益效果：由于零维的量子点结构相比于现有技术的二维单层结构或者超晶格结构对载流子具有更强的量子限制效应，因此量子点电子阻挡层能够更加有效地抑制电子溢出有源区；通过对AlN/AlGaN量子点电子阻挡层进行p型掺杂，有利于极大地提高空穴注入效率，从而提高空穴与电子在有源区的复合效率，增强LED的发光效率；由于零维的AlGaN量子点相比二维的AlGaN单层或者AlGaN/InGaN超晶格的能带隙宽度更大，因此AlN/AlGaN量子点电子阻挡层更难以吸收紫外波段的光线，从而有利于增强紫外LED的出光效率；采用r面蓝宝石作为衬底材料，能够直接生长出非极性a面取向的AlGaN基紫外LED结构，可以有效地消除多量子阱有源区中由于极化效应引起的内建电场造成的能带弯曲，减少电子与空穴波函数在空间上的分离，从而有利于提高电子-空穴的辐射复合效率，显著增强紫外LED的发光功率与亮度。附图说明图1为本专利技术量子点结构的紫外发光二极管的层结构示意图。蓝宝石衬底101、AlN成核层102、非掺杂AlGaN缓冲层103、n型AlGaN层104、AlxGa1-xN/AlyGa1-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，n型欧姆电极110，p型欧姆电极109。图2为现有技术制备的紫外LED的层结构示意图。蓝宝石衬底201、AlN成核层202、非掺杂AlGaN缓冲层203、n型AlGaN层204、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区205、p型AlGaN阻挡层206、p型AlGaN层207和氧化铟锡导电层(ITO)208，n型欧姆电极210，p型欧姆电极209。具体实施方式如图1所示，一种具有p型AlN/AlGaN量子点电子阻挡层结构的UV-LED，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、AlxGa1-xN/AlyGa1-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800-10本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)、AlxGa1‑xN/AlyGa1‑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n型欧姆电极(110)，在氧化铟锡导电层(ITO)上引出p型欧姆电极(109)。

【技术特征摘要】
1.一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)、AlxGa1-xN/AlyGa1-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n型欧姆电极(110)，在氧化铟锡导电层(ITO)上引出p型欧姆电极(109)；在所述AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区(105)与p型AlGaN层(107)之间设置有p型AlN/AlGaN量子点电子阻挡层(106)；电子阻挡层(106)是在AlN中以自组装模式生长的、呈均匀分布的AlGaN量子点。2.根据权利要求1所述的具有量子点结构的紫外发光二极管，其特征在于：所述蓝宝石衬底(101)为r面蓝宝石衬底。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雄，栾华凯，崔一平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32