[发明专利]一种具有p-i-n型多量子阱结构的紫外发光二极管

说明书

本发明公开了一种具有p‑i‑n型多量子阱结构的紫外发光二极管，由下到上依次设置有衬底、AlN缓冲层、n型AlGaN层、p‑i‑n型多量子阱有源区、电子阻挡层、p型AlGaN层、p型GaN欧姆接触层，以及设置在n型AlGaN层上的n型电极和设置在p型GaN欧姆接触层上的p型电极。本发明提供的具有p‑i‑n型多量子阱结构的紫外发光二极管能够提高载流子浓度及注入效率，并可利用掺杂浓度不同的相邻区域中载流子的浓度差形成一个与原有内建电场方向相反的电场，能够削弱p型区与n型区之间原有的内建电场，降低由内建极化电场导致的量子限制斯塔克效应，从而使电子与空穴的辐射复合效率得到提高，增强紫外发光二极管的发光功率。

技术领域

本发明涉及半导体光电子材料和器件的制造领域，特别涉及一种具有p-i-n型多量子阱结构的紫外发光二极管。

背景技术

AlGaN基紫外发光二极管(UV-LED)具有能耗低、对环境友好、发光波长可调等优点，可广泛应用于印刷油墨固化、高密度数据信息存储、杀菌消毒、医疗保健、水和空气净化等领域。由于缺少GaN或AlN同质衬底，AlGaN基UV-LED通常利用异质衬底，如蓝宝石、碳化硅、硅等衬底进行生长。然而由于与异质衬底之间存在较大的晶格失配，在极性c面蓝宝石等异质衬底上外延生长的A1GaN基UV-LED结构中存在强烈的自发极化与压电极化效应，使得在异质界面处电荷发生累积，形成沿生长方向的极化电场，这种现象即所谓量子限制斯塔克效应(QCSE)。该极化电场会导致UV-LED中的量子阱的导带和价带带边发生倾斜，使得电子和空穴的波函数在空间上产生分离，致使电子与空穴的辐射复合几率降低，严重影响UV-LED器件的内量子效率或发光效率。

此外，当AlGaN基UV-LED的p型AlGaN层的Al组分增加时，p型杂质(如Mg)的激活效率变低，使得注入到有源区的空穴数目降低，最终抑制了UV-LED的光输出能力。为了缓解或抑制上述两种因素对UV-LED发光效率和强度的不利影响，迫切需要研发新的UV-LED结构及其制备方案。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种具有p-i-n型多量子阱结构的紫外发光二极管，有效抑制量子限制斯塔克效应的不良影响，提高UV-LED的内量子效率与光输出功率。

技术方案：一种具有p-i-n型多量子阱结构的紫外发光二极管，包括：由下到上依次设置的衬底101、AlN缓冲层102、n型AlGaN层103、p-i-n型多量子阱有源区104、电子阻挡层105、p型AlGaN层106、p型GaN欧姆接触层107，以及在n型AlGaN层103上设置的n型电极108和在p型GaN欧姆接触层107上设置的p型电极109。

进一步的，p-i-n型多量子阱有源区104中的各量子垒由下至上依次为具有不同掺杂浓度的n型掺杂量子垒、无掺杂i型量子垒以及具有不同掺杂浓度的p型掺杂量子垒，即由下至上量子垒按掺杂类型以n₁-n₂-…-n_x-i-p₁-p₂-…-p_y结构排列，其中x和y分别为n型掺杂量子垒和p型掺杂的量子垒数目；n型掺杂量子垒中的电子浓度沿生长方向由下至上依次减小，而p型掺杂量子垒中的空穴浓度沿生长方向由下至上依次增大，且电子浓度满足c(n₁)c(n₂)c(…)c(n_x)、空穴浓度满足c(p₁)c(p₂)c(…)c(p_y)的关系式；各量子垒之间为无掺杂量子阱。