[实用新型]一种具有电子注入层的深紫外发光二极管外延结构

说明书

本实用新型为一种具有电子注入层的深紫外发光二极管外延结构。该结构主体为沿着外延生长方向依次包括衬底、缓冲层、N‑型半导体传输层、电子注入层、多量子阱层、P‑型电流阻挡层、P‑型半导体传输层和P‑型重掺杂半导体传输层。其中，电子注入层通过AIN组分和掺杂浓度来精确调控N‑型AlGaN层内极化电场和耗尽电场，从而降低电子注入有源区时的能量，提高量子阱对电子的捕获能力，使器件性能得到大幅提升，且材料生长难度低，可重复性强。

技术领域

本实用新型涉及发光二极管半导体技术领域，具体地说是一种具有电子注入层的深紫外发光二极管外延结构。

背景技术

与传统深紫外汞灯相比，AlGaN基的深紫外发光二极管(DUV LED)具有工作电压低，节能环保和使用寿命长等优点，因此被广泛应用于紫外固化、防伪检测、显示通信和医疗卫生等领域，具备十分广阔的发展前景和商业价值。

经过十几年的长足发展，AlGaN基DUV LED尽管在外延生长、器件工艺等方面取得了重要进步，但当前阶段，AlGaN基DUV LED的进一步发展仍然面临内量子效率和光提取效率低下等瓶颈，进而器件导致外量子效率难以满足当前的需求。由于AlGaN基DUV LED TM模式偏振光占主导，而TM模式偏振光的光提取效率不到TE模式的十分之一，严重限制了AlGaN基DUV LED外量子效率的提升空间。研究人员表示通过采用超薄量子阱结构可以有效抑制DUV LED的有源区内TM模式偏振光并使TE模式偏振光占主导，从而提高器件光提取效率，进而提高器件外量子效率[Kangkai Tian,Chunshuang Chu et al.Interplay betweenvarious active regions and the interband transition for AlGaN-based deep-ultraviolet light-emitting diodes to enable a reduced TM-polarized emission,J.Appl.Phys.126,245702(2019)]，但是，由于电子相对于空穴具有更小的有效质量和更高的迁移率，使得电子在注入有源区的过程中拥有更高的能量，从而难以被量子阱所捕获。而这大大降低了量子阱内电子浓度，从而降低了器件内量子效率，所以若单独用超薄阱结构，由于有源区范围被缩减，则将近一步影响有源区量子阱对电子的捕获效率，降低内量子效率，从而限制器件外量子效率的提高效果。本课题组已经获得的专利号为CN108538982A的中国专利公开了一种发光二极管外延结构，该结构在N-型电子传输层和N-欧姆电极之间插入一层绝缘层形成金属-绝缘层-半导体(MIS)结构来降低肖特基势垒，提高电子注入效率。但此方法只是对注入电子数量的提高，并未提高量子阱电子捕获能力，效果有限。因此要进一步提高器件外量子效率，不管是对于标准深紫外发光二极管来说，或者是对于采用超薄阱结构或MIS结构的深紫外发光二极管而言，要保证器件性能提高的效果，提高量子阱对电子的捕获能力都十分重要。本课题组已经获得的专利号为CN105895765A的中国专利中公开了一种发光二极管外延结构，该结构在N-型电子传输层中插入一层相对介电常数取值为8.5-15.3的电子能量调节层来降低电子能量，提高有源区量子阱对电子的捕获效率，进而提高量子阱内电子浓度。然而上述现有技术涉及不同相对介电常数材料的交替生长，增加了材料生长的难度，而且相对介电常数的调整能力较为有限。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种具有电子注入层的深紫外发光二极管外延结构。该结构通过在N型电子传输层和多量子阱层之间引入电子注入层，沿着生长方向递减掺杂浓度来形成耗尽电场，并通过调整电子减速层AlN组分来调节极化电场，使两种电场方向与电子运动方向一致，从而使电子在经过电子注入层后被“减速”，进而降低电子注入有源区时的能量，提高量子阱对电子的捕获能力，从而提高量子阱内电子浓度，提高辐射复合效率，提高器件内量子效率。

本实用新型所采用的技术方案是：