CN111816740A - 一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构，自下往上依次是衬底、AlGaN模板层、n型AlGaN层、AlGaN多量子阱发光区、p型AlGaN层和p型欧姆接触层；其中，AlGaN多量子阱发光区由AlyGa1‑yN第一个垒层和3‑10个周期的AlxGa1‑xN阱层/AlyGa1‑yN垒层组成，AlyGa1‑yN垒层的厚度小于AlyGa1‑yN第一个垒层的厚度，通过减薄AlyGa1‑yN垒层的厚度，改变AlxGa1‑xN阱层在耗尽区中的位置，提高空穴的注入效率且增加量子阱区的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，尤其是一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构。
背景技术
大自然中的太阳光照射是目前对空气、水、地表净化、杀菌抑菌最有效而廉价的来源，是大自然赋予人类生存的一份“厚礼”之一。通过技术手段，将紫外光的功能发挥到极致，成为人类的福祉。特别是近期新型冠状病毒疫情严峻，消杀新型冠状病毒是控制疫情的关键。紫外杀菌则是杀菌的有效手段之一：在紫外照射下，水或空气中的细菌、病毒、寄生虫等病原体的DNA（脱氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）等分子结构遭到损伤，可直接杀死各类病原体，达到杀菌消毒的效果。除了杀菌消毒以外，对于病毒、细菌的快速检测也很重要。由于病毒、细菌、真菌、支原体、衣原体等微生物是各种无机或有机分子组成的复杂混合物，该混合物的气溶胶在紫外或蓝紫光的激发下能发射出特定的荧光信号，可实现微生物的实时便捷的检测。
本随着现今主流的含汞紫外光源被禁止生产与销售，发展新型固态环保紫外光源已成为必然趋势。采用AlGaN材料制备的深紫外发光器件具有光子能量大、体积小、可靠性好等特点，因此AlGaN材料是发展无汞环保、便携、低功耗、低电压固态紫外光源的理想材料。然而由于AlGaN量子阱中存在的强极化电场，极低的空穴注入水平以及大量的电子泄露，使得紫外发光二极管（LED）器件发光效率较低，这严重制约了AlGaN基深紫外LED在高端市场中应用。。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构，针对深紫外LED空穴注入效率低的问题，提出了通过改变量子阱区垒层的厚度来改变阱层在耗尽区的位置，从而提高深紫外LED空穴注入效率新结构。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构，自下往上依次是衬底10、AlGaN模板层11、n型AlGaN层12、AlGaN多量子阱发光区13、p 型AlGaN层14和p型欧姆接触层15；其中，AlGaN多量子阱发光区13由AlyGa1-yN第一个垒层130和3-10个周期的AlxGa1-xN阱层131/AlyGa1-yN垒层132组成，AlyGa1-yN垒层132的厚度小于AlyGa1-yN第一个垒层130的厚度，通过减薄AlyGa1-yN垒层132的厚度，改变AlxGa1-xN阱层131在耗尽区中的位置，提高空穴的注入效率且增加量子阱区的发光效率。
进一步，所述AlxGa1-xN阱层131的Al组分≥40%，x= 40% ~100%；厚度为2-4nm。
进一步，所述AlyGa1-yN垒层132的Al组分≥50%，y= 50% ~ 100%，AlyGa1-yN垒层132的Al组分大于AlxGa1-xN阱层131的Al组分，即y>x；厚度为2-4 nm。
进一步，所述AlyGa1-yN第一个垒层130的Al组分与AlyGa1-yN垒层132中组分Al组分相同，y= 50% ~ 100%。
进一步，所述p 型AlGaN层14采用镁杂质掺杂或者采用渐变Al组分生长，实现极化掺杂。
进一步，所述p 型AlGaN层14，生长温度为900-1200℃，厚度为0.1-1 μm，p 型AlGaN层14中的Al组分大于AlxGa1-xN阱层131的Al组分。
进一步，所述n型AlGaN层12的生长温度为1000-1400℃，厚度为0.5-2 μm，n型AlGaN层12中Al组分大于AlxGa1-xN阱层131的Al组分。
进一步，所述衬底10采用蓝宝石、氮化镓或者铝氮。
有益效果
本发明通过增加AlGaN第一个垒层的厚度，同时减薄AlGaN垒层的厚度，改变AlGaN阱层在耗尽区中的位置，可以达到提高空穴的注入效率的目的，同时新的量子阱结构也可以有效的抑制电子的泄漏，增加量子阱区的发光效率，从而提高深紫外LED的光功率，支持其在消毒杀菌等领域的应用。
附图说明
图1本发明提供的AlGaN基深紫外LED外延结构示意图。
图2本发明提供的AlGaN基深紫外LED 的AlGaN多量子阱发光区外延结构示意图。
图3 本发明提供的AlGaN基深紫外LED结构提高空穴注入效率原理示意图。
图中，10、衬底，11、AlGaN模板层，12、n型AlGaN层，13、AlGaN多量子阱发光区，130、AlyGa1-yN第一个垒层，131、AlxGa1-xN阱层，132、AlyGa1-yN垒层，14、p 型AlGaN层，15、p型欧姆接触层。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示的本发明所设计的一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构，自下往上依次是衬底10、AlGaN模板层11、n型AlGaN层12、AlGaN多量子阱发光区13、p 型AlGaN层14和p型欧姆接触层15。更具体地：衬底10采用蓝宝石、氮化镓或者铝氮。
n型AlGaN层12的生长温度为1000-1400℃，厚度为0.5-2 μm，该n型AlGaN层12中Al组分大于AlxGa1-xN阱层131的Al组分。
如图2所示的AlGaN多量子阱发光区13是由AlyGa1-yN第一个垒层130和3-10个周期的AlxGa1-xN阱层131/AlyGa1-yN垒层132组成；其AlGaN多量子阱发光区13生长温度为1000-1400℃，发光波长≤300nm。
AlyGa1-yN第一个垒层130的Al组分与AlyGa1-yN垒层132中组分Al组分相同，Al组分≥50%，y=50% ~ 100%；AlyGa1-yN第一个垒层130的厚度大于AlyGa1-yN垒层132厚度，从而使AlxGa1-xN阱层131靠近p掺杂区。如图3，由于高Al组分的p型AlGaN层14的空穴浓度低，同时在耗尽区内，从p区向n区移动，空穴浓度急剧下降。因此AlxGa1-xN阱层13越靠近p型层，空穴浓度越高，本发明就是通过加厚AlyGa1-yN第一个垒层130的厚度，同时减薄AlyGa1-yN垒层132厚度，将AlxGa1-xN阱层131挤压到靠近p区，从而增加空穴注入效率，提高发光效率，同时由于量子阱区空穴浓度增加，发光效率增加，将导致量子阱的电子泄漏降低。
AlxGa1-xN阱层131的Al组分≥40%，x= 40% ~100%；厚度为2-4nm。
AlyGa1-yN垒层132的Al组分≥50%，y= 50% ~ 100%，AlyGa1-yN垒层132的Al组分大于AlxGa1-xN阱层131的Al组分，y>x；厚度为2-4 nm。
p 型AlGaN层14采用镁（Mg）杂质掺杂或者采用渐变Al组分生长，实现极化掺杂；p型AlGaN层14的生长温度为900-1200℃，厚度为0.1-1 μm，p 型AlGaN层14中的Al组分大于AlxGa1-xN阱层131的Al组分。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构，其特征在于，自下往上依次是衬底（10）、AlGaN模板层（11）、n型AlGaN层（12）、AlGaN多量子阱发光区（13）、p 型AlGaN层（14）和p型欧姆接触层（15）；其中，AlGaN多量子阱发光区（13）由AlyGa1-yN第一个垒层（130）和3-10个周期的AlxGa1-xN阱层（131）/AlyGa1-yN垒层（132）组成，AlyGa1-yN垒层（132）的厚度小于AlyGa1-yN第一个垒层（130）的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构，其特征在于，所述AlxGa1-xN阱层（131）的Al组分≥40%，x= 40% ~100%；厚度为2-4nm。
3.根据权利要求2所述的一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构，其特征在于，所述AlyGa1-yN垒层（132）的Al组分≥50%，y= 50% ~ 100%，AlyGa1-yN垒层（132）的Al组分大于AlxGa1-xN阱层（131）的Al组分，即y>x；厚度为2-4 nm。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构，其特征在于，所述AlyGa1-yN第一个垒层（130）的Al组分与AlyGa1-yN垒层（132）中组分Al组分相同，y= 50% ~ 100%。
5.根据权利要求4所述的一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构，其特征在于，所述p 型AlGaN层（14）采用镁杂质掺杂或者采用渐变Al组分生长，实现极化掺杂。
6.根据权利要求5所述的一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构，其特征在于，所述p 型AlGaN层（14），生长温度为900-1200℃，厚度为0.1-1 μm，p 型AlGaN层（14）中的Al组分大于AlxGa1-xN阱层（131）的Al组分。
7.根据权利要求6所述的一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构，其特征在于，所述n型AlGaN层（12）的生长温度为1000-1400℃，厚度为0.5-2 μm，n型AlGaN层（12）中Al组分大于AlxGa1-xN阱层（131）的Al组分。
8.根据权利要求7所述的一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构，其特征在于，所述衬底（10）采用蓝宝石、氮化镓或者铝氮。
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