[发明专利]紫外LED结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种紫外LED结构及其制备方法，其中紫外LED结构，包括：衬底和依次生长在所述衬底的一个表面上的非掺杂AlN层、非掺杂AlGaN层、N型掺杂AlGaN层、AlGaN量子阱结构和AlGaN电子阻挡层；在所述AlGaN电子阻挡层上纵向生长P型纳米柱；蒸镀N电极和P电极。根据本发明的紫外LED结构，P型纳米柱的直径可控，同时纳米柱的密度可控；金属薄层在退火后形成的金属小球，具有纳米柱生长的引导和催化剂作用，使纳米柱能够纵向生长；并且生长过程无需取出反应室中，采用原位生长法；AlGaN量子阱产生的紫外光能够有效提取出来而不被吸收；能够极大地提高紫外LED的光功率。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种具有P型纳米柱的紫外LED结构及其制备方法。

背景技术

III族氮化物紫外材料（AlGaN）是固体紫外光源的核心材料，AlGaN紫外LED（UVLED）产品能够发出200nm到365nm的紫外光，目前是紫外光电子的主流产品，被广泛应用于聚合物固化、杀菌消毒、生物探测、非视距通信、冷链运输等领域。

因为传统紫外灯为汞灯，汞灯具有诸多应用问题，如汞有剧毒，且存留在环境中难以去除。另外，汞灯体积大，应用场景有比较大的限制，同时汞灯易碎，也是使用领域扩展的障碍。

而LED光源具有体积小、寿命长、无毒等优点，其中UVC段紫外LED是紫外杀菌装置的最主要杀菌材料，其能够非常有效地杀灭细菌，对炭疽孢子，大肠杆菌，流感，疟疾等细胞或病毒具有高速高效秒杀的功能，被广泛用于表面、空气、水杀菌等。同时，因其属于日盲波段，且传输距离短，所以在军事领域上用于短距离强抗干扰通信。

同时，UVB波段具有优异的光疗作用，在光学治疗方面受到非常高的重视，UVB波段尤其对治疗白癜风有非常好的疗效。

典型的UV LED结构包含N型AlGaN层，AlGaN量子阱层，AlGaN电子阻挡层以及P型AlGaN层和P型GaN层。因P型高Al组分AlGaN材料具有较高的空穴激活能，所以P型AlGaN的空穴浓度较低。所以，在实际结构设计过程中会引入P型GaN作为P型层材料，这样既提高了空穴浓度，又保证了接触电阻不至于过高。然而，因为AlGaN量子阱的禁带宽度较大，280nm的禁带宽度为4.4eV，作为P型层的GaN禁带宽度为3.4eV，如此量子阱发出的紫外光易于被P型层吸收，极大地降低了紫外光的出光效率。吸收谱测试表明，仅20nm厚度的GaN，可以吸收超过80%以上280nm的紫外光。P型层对紫外光的强烈吸收，导致紫外LED的光提取效率非常低，提取效率低于10%。一般情况下，20milx20mil的紫外AlGaN LED芯片在20mA驱动电流下发光亮度仅约2mW，从而导致杀菌、光疗以及固化的效率偏低，市场应用受到极大的限制。

发明内容

本发明的目的在于解决上述背景技术中的至少一个问题，提供一种紫外LED结构及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种紫外LED结构，其特征在于，包括：衬底和依次生长在所述衬底的一个表面上的非掺杂AlN层、非掺杂AlGaN层、N型掺杂AlGaN层、AlGaN量子阱结构和AlGaN电子阻挡层；

所述AlGaN量子阱结构由AlGaN量子阱层和AlGaN量子垒交替生长获得；

在所述AlGaN电子阻挡层上纵向生长P型纳米柱；

对所述P型纳米柱蒸镀P电极，对所述N型掺杂AlGaN层蒸镀N电极。

根据本发明的一个方面，所述P型纳米柱为P型AlGaN纳米柱或P型GaN纳米柱。

根据本发明的一个方面，所述非掺杂AlN层和所述非掺杂AlGaN层的厚度分别为10~5000nm，所述非掺杂AlGaN层中的Al含量为15%~95%；

所述N型掺杂AlGaN层的厚度为10~5000nm，其中Al含量为15%~95%。