CN108630790A - 一种基于AlGaN的深紫外LED - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种基于AlGaN的深紫外LED，从下至上依次包括衬底、N型层、第一阻挡层、量子阱有源区、插入层、第二阻挡层、P型层，还包括从N型层引出的n型欧姆电极以及从P型层引出的p型欧姆电极。由于量子阱有源区两侧设置有两个阻挡层，对载流子具有强的量子限制效应，能够有效抑制空穴溢出有源区，也能阻挡电子漏流，进而也提高了载流子在有源区的复合效率。另外，插入层的设置也能够极大提高第二阻挡层阻挡电子漏流的能力。
Description
技术领域
本发明涉及光电二极管领域，特别涉及一种基于AlGaN的深紫外LED。
背景技术
由于AlGaN的深紫外LED广泛的应用范围，包括隐蔽通信、生物检测、化学分解、灭菌、医疗和光学数据存储,基于AlGaN的深紫外发光二极管(DUV LED)引起了人们的极大关注。
然而，DUV LED存在效率陡降的问题，这仍然是大功率LED进一步应用的一大障碍。到目前为止，已经提出了许多可能的机制来解释下降，例如自热效应、空穴注入效率低、电子泄漏、俄歇复合、量子限制斯塔克效应(QCSE)、载流子在有源区中的不均匀分布和极化效应。在上述因素中，电子泄漏和非均匀载流子分布在这一问题中起着重要的作用。电子具有小的有效质量和高迁移率，这很容易跨越量子势垒和EBL。此外，由于量子阱中的低迁移率和非均匀分布，空穴注入效果差，这些因素最终导致低的辐射复合率和内部量子效率。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于AlGaN的深紫外LED，能够有效阻挡电子漏流和空穴溢出，进而提高载流子在有源区的复合效率。
针对上述目的，本发明是这样加以解决的：一种基于AlGaN的深紫外LED，从下至上依次包括衬底、N型层、第一阻挡层、量子阱有源区、插入层、第二阻挡层、P型层，还包括从N型层引出的n型欧姆电极以及从P型层引出的p型欧姆电极。
由于量子阱有源区两侧设置有两个阻挡层，对载流子具有强的量子限制效应，能够有效抑制空穴溢出有源区，也能阻挡电子漏流，进而也提高了载流子在有源区的复合效率。另外，插入层的设置也能够极大提高第二阻挡层阻挡电子漏流的能力。
进一步地，所述N型层的材料为Al0.25Ga0.75N，且厚度为300nm，并划分为由下至上厚度递减的10层网格。
进一步地，所述N型层掺杂有Si，且Si的掺杂浓度为5×1018cm-3。
进一步地，所述P型层的材料为Al0.25Ga0.75N，且厚度为85nm，并划分为由下至上厚度一致的10层网格。
进一步地，所述P型层掺杂有Mg，且Mg的掺杂浓度为1×1018cm-3。
进一步地，所述第一阻挡层为超晶格空穴阻挡层，分别设有两层，这两层的材料分别为AlxGa1-xN和In0.02GaN。第一阻挡层的周期数为5对。上述结构组成了渐变结构的超晶格空穴阻挡层，有效抑制了空穴溢出。
进一步地，下标x的取值范围为0.02至0.04。
进一步地，所述量子阱有源区有两层，这两层的材料分别为AlyGa1-yN和In0.05GaN，且厚度分别对应为10nm和3nm。量子阱有源区的周期数也为5对。上述结构把量子阱结构设置成了渐变超晶格，从而提高了载流子复合的效率
进一步地，下标y的取值范围为0.05至0.07。
进一步地，所述插入层的材料为Al0.45Ga0.55N，且厚度为8nm。这样设置的插入层，使得载流子在有源区的复合效率得以提高。
进一步地，所述第二阻挡层为p-AlGaN电子阻挡层，且厚度为30nm。
进一步地，所述第二阻挡层中Al含量为0.15，且掺杂有Mg，其中Mg的掺杂浓度为1×1018cm-3。
进一步地，所述衬底为蓝宝石衬底，且为r面、m面或a面中的任意一种。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：量子阱有源区两侧设置有两个阻挡层，对载流子具有强的量子限制效应，能够有效抑制空穴溢出有源区，也能阻挡电子漏流，进而也提高了载流子在有源区的复合效率。另外，插入层的设置也能够极大提高第二阻挡层阻挡电子漏流的能力。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是本发明LED的电流电压曲线。
图3是本发明LED的光输出功率曲线。
图4是本发明LED的内部量子效率曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细地说明。
一种基于AlGaN的深紫外LED，从下至上依次包括衬底1、N型层2、第一阻挡层3、量子阱有源区4、插入层5、第二阻挡层6、P型层7，还包括从N型层2引出的n型欧姆电极0以及从P型层7引出的p型欧姆电极8。
由于量子阱有源区4两侧设置有两个阻挡层，对载流子具有强的量子限制效应，能够有效抑制空穴溢出有源区4，也能阻挡电子漏流，进而也提高了载流子在有源区4的复合效率。另外，插入层5的设置也能够极大提高第二阻挡层6阻挡电子漏流的能力。
所述N型层2的材料为Al0.25Ga0.75N，且厚度为300nm，并划分为由下至上厚度递减的10层网格。
所述N型层2掺杂有Si，且Si的掺杂浓度为5×1018cm-3。
所述P型层7的材料为Al0.25Ga0.75N，且厚度为85nm，并划分为由下至上厚度一致的10层网格。
所述P型层7中掺杂有Mg，且Mg的掺杂浓度为1×1018cm-3。
所述第一阻挡层3为超晶格空穴阻挡层，分别设有两层，这两层的材料分别为AlxGa1-xN和In0.02GaN。第一阻挡层3的周期数为5对。
下标x的取值范围为0.02至0.04。
所述量子阱有源区4有两层，这两层的材料分别为AlyGa1-yN和In0.05GaN，且厚度分别对应为10nm和3nm。量子阱有源区4的周期数也为5对。
下标y的取值范围为0.05至0.07。
所述插入层5的材料为Al0.45Ga0.55N，且厚度为8nm。
所述第二阻挡层6为p-AlGaN电子阻挡层，且厚度为30nm。
所述第二阻挡层6中Al含量为0.15，且掺杂有Mg，其中Mg的掺杂浓度为1×1018cm-3。
所述衬底1为蓝宝石衬底，且为r面、m面或a面中的任意一种。
具体有益效果见图2至4，图2中的电压电流曲线，横坐标是电压，单位V，纵坐标是电流，单位mA，实线表示本实施例的新型结构new structure，虚线表示传统结构conventional structure，可以体现得出本实施例的开路电压比传统结构的开路电压低。
图3中的光输出功率曲线，横坐标为电流，单位为A/m，纵坐标为总输出功率，也等同于光输出功率，单位为Watt/m，实线表示本实施例的新型结构new structure，虚线表示传统结构conventional structure，可以体现出本实施例的光输出功率比传统的要高。
图4中的内部量子效率曲线，横坐标为电流，单位A/m，纵坐标为LED内部量子效率，实线表示本实施例的新型结构new structure，虚线表示传统结构conventionalstructure，可以表现得出本实施例相较于传统结构，量子效率的陡降减慢。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于AlGaN的深紫外LED，其特征在于，从下至上依次包括衬底、N型层、第一阻挡层、量子阱有源区、插入层、第二阻挡层、P型层，还包括从N型层引出的n型欧姆电极以及从P型层引出的p型欧姆电极。
2.根据权利要求1的一种基于AlGaN的深紫外LED，其特征在于，所述N型层的材料为Al0.25Ga0.75N，且厚度为300nm，并划分为由下至上厚度递减的10层网格。
3.根据权利要求2的一种基于AlGaN的深紫外LED，其特征在于，所述N型层掺杂有Si，且Si的掺杂浓度为5×1018cm-3。
4.根据权利要求1的一种基于AlGaN的深紫外LED，其特征在于，所述P型层的材料为Al0.25Ga0.75N，且厚度为85nm，并划分为由下至上厚度一致的10层网格。
5.根据权利要求4的一种基于AlGaN的深紫外LED，其特征在于，所述P型层掺杂有Mg，且Mg的掺杂浓度为1×1018cm-3。
6.根据权利要求1的一种基于AlGaN的深紫外LED，其特征在于，所述第一阻挡层为超晶格空穴阻挡层，分别设有两层，这两层的材料分别为AlxGa1-xN和In0.02GaN。
7.根据权利要求6的一种基于AlGaN的深紫外LED，其特征在于，下标x的取值范围为0.02至0.04。
8.根据权利要求6的一种基于AlGaN的深紫外LED，其特征在于，所述量子阱有源区有两层，这两层的材料分别为AlyGa1-yN和In0.05GaN，且厚度分别对应为10nm和3nm。
9.根据权利要求6的一种基于AlGaN的深紫外LED，其特征在于，下标y的取值范围为0.05至0.07。
10.根据权利要求1的一种基于AlGaN的深紫外LED，其特征在于，所述插入层的材料为Al0.45Ga0.55N，且厚度为8nm。
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