[发明专利]一种具有隧穿结构的深紫外LED及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有隧穿结构的深紫外LED及其制备方法，该具有隧穿结构的深紫外LED由下至上依次设置有蓝宝石衬底、AlN缓冲层、AlN本征层、n型AlGaN电子注入层、量子阱有源层、p型AlGaN电子阻挡层、GaN隧穿层以及n型AlGaN接触层，p型AlGaN电子阻挡层、GaN隧穿层以及n型AlGaN接触层构成复合隧穿结构。本发明提供了一种具有隧穿结构的深紫外LED及其制备方法，通过P‑AlGaN/i‑GaN/n‑AlGaN复合隧穿结构来提高注入到量子阱中的载流子浓度，进而提高深紫外LED的量子效率。

技术领域

本发明涉及半导体光电领域，特别是一种具有隧穿结构的深紫外LED及其制备方法。

背景技术

AlGaN是一种直接带隙宽禁带半导体材料，其禁带宽度可通过改变Al元素的掺入量从3.4eV(GaN)到6.2eV(AlN)连续可调，实现365nm到200nm光谱范围内的发光，且具有物理化学性质稳定、耐高温、抗辐照等优异性能，是当前制备半导体深紫外光源器件的最佳候选材料。而且，AlGaN基深紫外发光二极管(LED)相比于传统汞灯具有体积小、功耗低、环保安全和集成度高等诸多优势，将有望在未来几年取得突破性进展以及巨大应用，近年来受到越来越多的关注和重视。

目前对于AlGaN材料，一般采用Mg来作为P型掺杂剂。随着AlGaN材料中Al组分的升高，Mg的激活能会从160meV增加到510～630meV。因此如果采用P型AlGaN材料来作为深紫外LED的空穴注入层，器件中的空穴浓度较低，所以目前深紫外LED主要采用P-GaN作为空穴注入层。虽然P-GaN层有较高的空穴浓度，但其禁带宽度较窄，从量子阱中出射的紫外光有一半会被P-GaN层吸收，这大大降低了深紫外LED的外量子效率。故需要提出一种新的深紫外LED设计方法用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种具有隧穿结构的深紫外LED及其制备方法，用于解决现有技术中P-GaN空穴注入层会吸收较多紫外光而导致深紫外LED外量子效率较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的第一解决方案为一种具有隧穿结构的深紫外LED，该具有隧穿结构的深紫外LED由下至上依次设置有蓝宝石衬底、AlN缓冲层、AlN本征层、n型AlGaN电子注入层、量子阱有源层、p型AlGaN电子阻挡层、GaN隧穿层以及n型AlGaN接触层，p型AlGaN电子阻挡层、GaN隧穿层以及n型AlGaN接触层构成复合隧穿结构。

优选的，p型AlGaN电子阻挡层的Al组分百分数为50～100％，厚度为1～200nm，p型AlGaN电子阻挡层中使用Mg作为p型掺杂剂。

优选的，GaN隧穿层的厚度为1～30nm。

优选的，n型AlGaN接触层的Al组分百分数为50～100％，厚度为1～500nm，n型AlGaN接触层中使用Si作为n型掺杂剂，电子浓度为1×10¹⁸～5×10¹⁹cm^-3。

优选的，具有隧穿结构的深紫外LED还包括第一电极和第二电极，第一电极设置于n型AlGaN电子注入层与量子阱有源层形成的台阶结构处，第二电极设置于n型AlGaN接触层远离GaN隧穿层一侧。

为解决上述技术问题，本发明提供的第二解决方案为一种具有隧穿结构的深紫外LED的制备方法，该制备方法用于制备前述第一解决方案中具有隧穿结构的深紫外LED，其步骤包括：

(1)在400～800℃下，于蓝宝石衬底上生长AlN低温缓冲层，且AlN低温缓冲层的厚度为10～50nm；

(2)升温至1200～1400℃，于AlN低温缓冲层上生长AlN本征层，且AlN本征层的厚度为500～4000nm；

(3)降温至800～1200℃，于AlN本征层上生长n型AlGaN电子注入层，其中Al的组分百分数为20～90％，厚度为500～4000nm；