CN111769187A - 一种紫外led芯片结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外LED芯片结构，包括由下至上依次设置的n型层、有源区多量子阱和p型层，在p型层的上表面设置一层AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构；本技术方案中，通过在p型层上表面外延一层AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构，可利用该异质结构形成的沟道实现空穴的快速迁移，实现空穴在芯片平面内的均匀分布，有效规避p型氮化物的较高电阻形成的电阻拥堵效应，使空穴在芯片的各个角落得以均匀注入到紫外LED芯片的有源区多量子阱中，最终提高紫外LED芯片的内部量子效率，推动氮化物基紫外LED的效率提升与应用。
Description
技术领域
本发明涉及光电子器件技术领域，尤其涉及的是一种紫外LED芯片结构。
背景技术
紫外发光二极管（light emitting diode，以下简称LED），因其波长短、光子能量高、光束均匀等优点，在物理杀菌、高显色指数的照明以及高密度光存储等领域有着重要的应用。目前，大量的研究已经在晶体质量、高A1组分和短波长结构设计等技术方面取得了重要突破，成功制备300纳米以下的深紫外LED器件，实现毫瓦级的功率输出，并在可靠性方面取得很大进展。
但是，现有的紫外LED的空穴在芯片平面内的不均匀分布，导致p型氮化物因较高电阻形成的电阻拥堵效应，限制了紫外LED芯片的内部量子效率，在移动程度上限制了氮化物基紫外LED的效率提升与应用。
因此，现有的技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种紫外LED芯片结构，旨在解决现有的紫外LED的空穴在芯片平面内不均匀分布，导致p型氮化物因较高电阻形成的电阻拥堵效应，限制紫外LED芯片内部量子效率的问题。
本发明的技术方案如下：一种紫外LED芯片结构，其中，包括由下至上依次设置的n型层、有源区多量子阱和p型层，在p型层的上表面设置一层AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构。
所述的紫外LED芯片结构，其中，所述n型层为氮化物N型层。
所述的紫外LED芯片结构，其中，所述p型层为氮化物p型层。
所述的紫外LED芯片结构，其中，还包括衬底和缓冲层，所述衬底、缓冲层、n型层、有源区多量子阱、p型层由下至上依次设置。
所述的紫外LED芯片结构，其中，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构外延在紫外芯片的氮化物p型层表面，其中AlGaN中的Al组分的质量占整个AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构质量的百分比介于0到30%之间。
所述的紫外LED芯片结构，其中，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构在其异质界面中形成空穴沟。
所述的紫外LED芯片结构，其中，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构中AlN的厚度小于20nm大于3nm。
所述的紫外LED芯片结构，其中，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构中AlGaN的厚度小于50nm大于5nm。
所述的紫外LED芯片结构，其中，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构表面的金属电极位于紫外LED芯片的表面边缘处。
所述的紫外LED芯片结构，其中，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构表面的金属电极原子利用热扩散或者离子注入的方式扩散进入AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构的沟道中。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种紫外LED芯片结构，通过在p型层上表面外延一层AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构，可利用该异质结构形成的沟道实现空穴的快速迁移，实现空穴在芯片平面内的均匀分布，有效规避p型氮化物的较高电阻形成的电阻拥堵效应，使空穴在芯片的各个角落得以均匀注入到紫外LED芯片的有源区多量子阱中，最终提高紫外LED芯片的内部量子效率，推动氮化物基紫外LED的效率提升与应用。
附图说明
图1是本发明中紫外LED芯片结构的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
如图1所示，一种紫外LED芯片结构，包括由下至上依次设置的n型层3、有源区多量子阱4和p型层5，在p型层5的上表面设置一层AlN/AlGaN（氮化铝/氮化铝镓）空穴电流扩展异质结构6。
本技术方案中，通过在p型层5上表面外延一层AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构6，可利用该异质结构形成的沟道实现空穴的快速迁移，实现空穴在芯片平面内的均匀分布，有效规避p型氮化物的较高电阻形成的电阻拥堵效应，使空穴在芯片的各个角落得以均匀注入到紫外LED芯片的有源区多量子阱4中，最终提高紫外LED芯片的内部量子效率，推动氮化物基紫外LED的效率提升与应用。
在某些具体例中，所述n型层3为氮化物N型层。
在某些具体例中，所述p型层5为氮化物p型层。
在某些具体例中，所述紫外LED芯片结构还包括衬底1和缓冲层2，所述衬底1、缓冲层2、n型层3、有源区多量子阱4、p型层5由下至上依次设置。
在某些具体例中，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构6包括由下至上依次设置的AlGaN层和AlN层。
在某些具体例中，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构6外延在紫外芯片的氮化物p型层5表面，其中AlGaN中的Al组分的质量占整个AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构6质量的百分比介于0到30%之间。
在某些具体例中，所述的AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构6在其异质界面中形成高载流子迁移率（所述的高载流子迁移率是指20～23
/（伏·秒）以上的载流子迁移率）的空穴沟。
在某些具体例中，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构6中AlN的厚度小于20nm大于3nm。
在某些具体例中，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构6中AlGaN的厚度小于50nm大于5nm。
在某些具体例中，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构6表面的金属电极位于紫外LED芯片的表面边缘处。
在某些具体例中，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构6表面的金属电极原子利用热扩散或者离子注入的方式扩散进入AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构6的沟道，使得金属电极与空穴沟道直接连接，有利于空穴直接从金属电极注入到沟道中。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种紫外LED芯片结构，其特征在于，包括由下至上依次设置的n型层、有源区多量子阱和p型层，在p型层的上表面设置一层AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构。
2.根据权利要求1所述的紫外LED芯片结构，其特征在于，所述n型层为氮化物N型层。
3.根据权利要求1所述的紫外LED芯片结构，其特征在于，所述p型层为氮化物p型层。
4.根据权利要求1所述的紫外LED芯片结构，其特征在于，还包括衬底和缓冲层，所述衬底、缓冲层、n型层、有源区多量子阱、p型层由下至上依次设置。
5.根据权利要求1所述的紫外LED芯片结构，其特征在于，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构外延在紫外芯片的氮化物p型层表面，其中AlGaN中的Al组分的质量占整个AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构质量的百分比介于0到30%之间。
6.根据权利要求1所述的紫外LED芯片结构，其特征在于，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构在其异质界面中形成空穴沟。
7.根据权利要求1所述的紫外LED芯片结构，其特征在于，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构中AlN的厚度小于20nm大于3nm。
8.根据权利要求1所述的紫外LED芯片结构，其特征在于，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构中AlGaN的厚度小于50nm大于5nm。
9.根据权利要求1所述的紫外LED芯片结构，其特征在于，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构表面的金属电极位于紫外LED芯片的表面边缘处。
10.根据权利要求1所述的紫外LED芯片结构，其特征在于，所述AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构表面的金属电极原子利用热扩散或者离子注入的方式扩散进入AlN/AlGaN空穴电流扩展异质结构的沟道中。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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