[发明专利]一种具有电子减速层结构的紫外发光二极管

说明书

本发明公开了一种具有电子减速层结构的紫外发光二极管，由下至上依次包括衬底、AlN成核层、AlN缓冲层、非掺杂AlGaN缓冲层、n型AlGaN层、B(Al,Ga)N电子减速层、Al_xGa_1‑xN/Al_yGa_1‑yN多量子阱有源区、p型AlGaN层和p型GaN欧姆接触层。由于B(Al,Ga)N/AlGaN异质结相比Al_xGa_1‑xN/Al_yGa_1‑yN异质结拥有更大的导带偏移与价带偏移比，所以可以更有效地限制电子从n型区进入有源区的速率。其次，移除传统的p型掺杂电子阻挡层，可增加空穴注入有源区的效率，提高电子空穴在有源区的辐射复合效率。另外，B(Al,Ga)N电子减速层两端能够产生极化电荷，形成与电子迁移方向相同的极化电场，可减缓电子从n型区进入有源区的迁移速率，从而提高量子阱对电子的捕获效率，增加量子阱中的电子与空穴的辐射复合几率，提升UV‑LED的发光效率。

技术领域

本发明涉及半导体光电子材料和器件制造的技术领域，尤其是涉及一种具有电子减速层结构的紫外发光二极管(UV-LED)。

背景技术

目前AlGaN基UV-LED器件相比GaN基蓝光LED的发光效率仍然很低，尤其是在深紫外波段，器件的外量子效率往往低于10％。造成这一种现象的主要原因包括AlGaN基UV-LED较低的内量子效率和AlGaN材料中较高的材料缺陷密度等等。其中，内量子效率的低下主要和UV-LED有源区中较低的电子捕获效率和较低的空穴注入效率有关，使得电子很容易逃脱量子阱的束缚而泄漏到p型区与空穴进行非辐射复合。

为提高UV-LED的发光效率，如图2所示，现有技术通常采用在UV-LED多量子阱有源区与p区之间增加一层具有高Al组分的p型AlGaN超晶格电子阻挡层来抑制电子泄漏至p型区。但是一方面，由于AlGaN基异质结的导带偏移程度相比价带偏移程度差别有限，所以采用p型AlGaN超晶格电子阻挡层抑制电子泄漏的效果往往难以令人满意，并且引入p型AlGaN超晶格电子阻挡层在抑制电子泄漏的同时，通常也会在一定程度上降低空穴从p型区注入到多量子阱有源区的效率；另一方面，由于Mg的激活能在p型AlGaN外延层中会随着Al组分的增加而指数型增加，所以具有高Al组分的p型AlGaN电子阻挡层中的空穴浓度往往较低，会造成UV-LED的开启电压偏高，电光转换效率下降。除了引入p型AlGaN超晶格电子阻挡层结构以外，也有研究者尝试在UV-LED多量子阱有源区中靠近p型区的最后一层量子势垒层中引进具有Al组分渐变增高的量子势垒层的所谓“能带工程技术”，以提高多量子阱有源区对电子的限制作用。然而运用这种技术不仅要求的外延生长难度较高，而且效果也相当有限，并不足以完全防止电子向p型区的泄漏，难以显著提高UV-LED的发光效率。因此，设计和制备新颖而有效的电子限制结构对于提高UV-LED的发光效率具有重要的意义。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种具有电子减速层结构的UV-LED，显著提升UV-LED发光效率。

技术方案：一种具有电子减速层结构的紫外发光二极管，包括由下至上依次设置的衬底101、AlN成核层102、AlN缓冲层103、非掺杂AlGaN缓冲层104、n型AlGaN层105、B(Al,Ga)N电子减速层106、Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源区107、p型AlGaN层108和p型GaN欧姆接触层109，以及在n型AlGaN层105上设置的n型欧姆电极110和p型GaN欧姆接触层109上设置的p型欧姆电极111，其中0xy1。

进一步的，所述B(Al,Ga)N电子减速层106由非掺杂或n型掺杂的BAlN、BGaN或BAlGaN层的任何一种构成，并且其禁带宽度始终大于n型AlGaN层105的禁带宽度。