CN211350680U - 一种采用新型电子阻挡层的紫外发光器件 - Google Patents
一种采用新型电子阻挡层的紫外发光器件 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种采用新型电子阻挡层的紫外发光器件，涉及半导体技术领域。所述紫外发光器件包括衬底和在所述衬底上依次生长的低温缓冲层、高温层、n型AlmGa1‑mN层、发光有源区、p型复合电子阻挡层、p型AlnGa1‑nN层和接触层；其中，所述p型复合电子阻挡层包括沿生长方向依次形成的p型L1层和p型L2层。紫外发光器件能够有效地增加电子限制效果、增强空穴注入效率，以及载流子注入时的电流扩展能力，从而提高紫外发光二极管的在量子阱中的辐射复合速率，改善器件的发光效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种采用新型电子阻挡层的紫外发光器件。
背景技术
因为紫外发光二极管具有环保无毒、耗电低、体积小以及寿命长等优点，符合新时代下环保、节能等要求。在紫外固化、空气与水净化、生物医疗、高密度储存、安全与保密通讯等领域，具有重要应用价值。
目前，紫外发光二极管技术面临的首要问题是其光效低。波长365nm的紫外发光二极管的输出功率仅为输入功率的5％－8％。对于波长385nm以上的紫外发光二极管的光电转化效率相对于短波长有明显提高，但输出功率只有输入功率的15％。如何有效提高紫外发光二极管的光效成为大家关注的焦点问题。
因此，设计一种紫外发光器件，能够有效地增加电子限制效果、增强空穴注入效率，以及载流子注入时的电流扩展能力，从而提高紫外发光二极管的在量子阱中的辐射复合速率，改善器件的发光效率，这是目前急需解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种采用新型电子阻挡层的紫外发光器件，能够有效地增加电子限制效果、增强空穴注入效率，以及载流子注入时的电流扩展能力，从而提高紫外发光器件的在量子阱中的辐射复合速率，改善器件的发光效率。
本实用新型提供一种技术方案：
一种采用新型电子阻挡层的紫外发光器件包括衬底和在所述衬底上依次生长的低温缓冲层、高温层、n型AlmGa1-mN层、发光有源区、p型复合电子阻挡层、p型AlnGa1-nN层和接触层；其中，所述p型复合电子阻挡层包括沿生长方向依次形成的p型L1层和p型L2层。
在本实用新型较佳的实施例中，所述p型L1层采用p-AlInGaN形成，所述p型L2层采用p-AlGaN/AlInGaN超晶格形成。
在本实用新型较佳的实施例中，所述p型L1层采用p-AlInGaN形成，所述p型L2层采用p-AlGaN形成。
在本实用新型较佳的实施例中，所述p型L1层采用p-AlGaN形成，所述p型L2层采用p-AlGaN/AlInGaN超晶格形成。
在本实用新型较佳的实施例中，所述p型L1层采用p-AlGaN形成，所述p型L2层采用p-AlInGaN形成。
在本实用新型较佳的实施例中，所述p型L1层的厚度范围为：5nm～30nm，所述p型L2层的厚度范围为：5nm～30nm。
在本实用新型较佳的实施例中，所述p型L1层和所述p型L2层中的p-AlGaN或者p-AlInGaN的Al组分值、In组分值在各自单层中是固定不变的，或者是线性渐变的。
在本实用新型较佳的实施例中，所述发光有源区由量子阱层和量子垒层交替生长而成。
在本实用新型较佳的实施例中，所述p型L1层中的Al组分值和所述p型L2层中的Al组分值均大于所述量子垒层中的Al组分值。
在本实用新型较佳的实施例中，所述p型L1层中的In组分值和所述p型L2层中的In组分值均大于所述量子阱层中的In组分值。
本实用新型提供的采用新型电子阻挡层的紫外发光器件的有益效果是：
在紫外发光器件中引入p型复合电子阻挡层，p型L1层的主要作用是与量子阱层的晶格进行匹配和调节最后一个量子垒层的能带，有效降低量子阱层中的电子泄露。p型L2层的主要作用是提高电子阻挡效应、增强空穴注入效率，以及载流子注入时的电流扩展能力，让载流子能更有效地、均匀地、注入器件的发光有源区，进行辐射复合，提高紫外发光器件的光效。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实用新型第一实施例提供的紫外发光器件的结构示意图。
图2为本实用新型第五实施例提供的紫外发光器件的制备方法的流程图。
图3和图4为紫外发光器件制备过程的结构示意图。
图标：100-紫外发光器件；110-衬底；120-低温缓冲层；130-高温层；140-n型AlmGa1-mN层；150-发光有源区；160-p型复合电子阻挡层；161-p型L1层；162-p型L2层；170-p型AlnGa1-nN层；180-接触层。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
限制紫外发光二极管的光效的一个关键因素，就是空穴注入不足及电子泄漏。因为Mg在GaN中的激活能在200meV左右，在高Al组分的p-AlGaN中激活能更高(在AlN中达到630meV)，能够热激活的空穴浓度更低，引起空穴注入的严重不足，导致大量电子从有源区泄漏到p型区损耗掉；Si在GaN中的激活能仅为15meV，在AlN中也高达282meV。
无论是N型掺杂，还是P型掺杂，杂质在宽禁带AlGaN中的掺杂效率是非常低的。对于极性面生长的紫外发光二极管，极化效应会进一步加重电子电流泄漏。这些泄漏的电子不能有效发光，其能量只能以发热的形式耗散掉。
为减少电子电流泄漏，在器件结构中最后一个量子垒(LQB)后引入了电子阻挡层(EBL)，利用LQB/EBL界面的导带阶阻挡电子泄漏。一般蓝光发光二极管通常采用GaN作为LQB，AlGaN作为EBL；紫外发光二极管通常采用Al组分恒定的AlGaN作为LQB，较高Al组分的AlGaN作为EBL。然而，如此获得的结构又会使价带上移，对空穴形成势垒，使得空穴注入更为不足，从而不利于辐射复合，同时空穴注入的不足，又会诱发更大的电子泄漏。因此，如何有效地提高紫外光半导体发光二极管的载流子注入效率，直接影响到其内量子效率和发光效率的提升。
本实用新型的以下实施例提供一种采用新型电子阻挡层的紫外发光器件及其制备方法，在紫外发光二极管中引入复合电子阻挡层结构，优化器件的能带结构，能有效地增加电子限制效果、增强空穴注入效率，以及载流子注入时的电流扩展能力，从而提高紫外发光器件的在量子阱中的辐射复合速率，改善器件的发光效率。
第一实施例
请参阅图1，本实施例提供了一种采用新型电子阻挡层的紫外发光器件100，所述紫外发光器件100包括衬底110和在所述衬底110上依次生长的低温缓冲层120、高温层130、n型AlmGa1-mN层140、发光有源区150、p型复合电子阻挡层160、p型AlnGa1-nN层170和接触层180。
其中，发光有源区150包括InxGa1-xN和AlyGa1-yN，0.001≤x<y≤1。所述发光有源区150由量子阱层和量子垒层交替生长而成。所述量子阱层的厚度范围为：1.5nm～10nm，所述量子垒层的厚度范围为：4nm～20nm。
所述p型复合电子阻挡层160包括沿生长方向依次形成的p型L1层161和p型L2层162。所述p型L1层161采用p-AlInGaN形成，所述p型L1层161的厚度范围为：5nm～30nm。所述p型L1层161中的Al组分值可以超过所述量子垒层中的Al组分值，也可以超过量子阱层中的Al组分值。所述p型L1层161中的In组分值可以超过所述量子垒层中的In组分值，也可以超过量子阱层中的In组分值。p型L1层161的主要作用是与量子阱层的晶格进行匹配和调节最后一个量子垒层的能带，有效降低量子阱层中的电子泄露。
所述p型L2层162采用p-AlGaN/AlInGaN超晶格形成，p-AlGaN/AlInGaN超晶格是指采用AlGaN和AlInGaN依次层叠生长，所述p型L2层162的厚度范围为：5nm～30nm。所述p型L2层162中的Al组分值可以超过所述量子垒层中的Al组分值，也可以超过量子阱层中的Al组分值。所述p型L2层162中的In组分值可以超过所述量子垒层中的In组分值，也可以超过量子阱层中的In组分值。p型L2层162的主要作用是提高电子阻挡效应、增强空穴注入效率，以及载流子注入时的电流扩展能力，让载流子能更有效地、均匀地、注入器件的发光有源区150，进行辐射复合，提高紫外发光器件100的光效。
本实施例提供的采用新型电子阻挡层的紫外发光器件100的有益效果：
在紫外发光器件100中引入p型复合电子阻挡层160，优化器件的能带结构，能有效地增加电子限制效果、增强空穴注入效率，以及载流子注入时的电流扩展能力，从而提高紫外发光器件100的在量子阱层中的辐射复合速率，改善器件的发光效率。
第二实施例
本实施例提供了一种采用新型电子阻挡层的紫外发光器件100，其与第一实施例中的结构相近，不同之处在于：本实施例中的p型复合电子阻挡层160的材料组成不同。
所述p型复合电子阻挡层160包括沿生长方向依次形成的p型L1层161和p型L2层162。所述p型L1层161采用p-AlInGaN形成，所述p型L1层161的厚度范围为：5nm～30nm。所述p型L1层161中的Al组分值可以超过所述量子垒层中的Al组分值，也可以超过量子阱层中的Al组分值。所述p型L1层161中的In组分值可以超过所述量子垒层中的In组分值，也可以超过量子阱层中的In组分值。p型L1层161的主要作用是与量子阱层的晶格进行匹配和调节最后一个量子垒层的能带，有效降低量子阱层中的电子泄露。
所述p型L2层162采用p-AlGaN形成，所述p型L2层162的厚度范围为：5nm～30nm。所述p型L2层162中的Al组分值可以超过所述量子垒层中的Al组分值，也可以超过量子阱层中的Al组分值。p型L2层162的主要作用是提高电子阻挡效应、增强空穴注入效率，以及载流子注入时的电流扩展能力，让载流子能更有效地、均匀地、注入器件的发光有源区150，进行辐射复合，提高紫外发光器件100的光效。
第三实施例
本实施例提供了一种采用新型电子阻挡层的紫外发光器件100，其与第一实施例中的结构相近，不同之处在于：本实施例中的p型复合电子阻挡层160的材料组成不同。
所述p型复合电子阻挡层160包括沿生长方向依次形成的p型L1层161和p型L2层162。所述p型L1层161采用p-AlGaN形成，所述p型L1层161的厚度范围为：5nm～30nm。所述p型L1层161中的Al组分值可以超过所述量子垒层中的Al组分值，也可以超过量子阱层中的Al组分值。p型L1层161的主要作用是与量子阱层的晶格进行匹配和调节最后一个量子垒层的能带，有效降低量子阱层中的电子泄露。
所述p型L2层162采用p-AlGaN/AlInGaN超晶格形成，所述p型L2层162的厚度范围为：5nm～30nm。所述p型L2层162中的Al组分值可以超过所述量子垒层中的Al组分值，也可以超过量子阱层中的Al组分值。所述p型L2层162中的In组分值可以超过所述量子垒层中的In组分值，也可以超过量子阱层中的In组分值。p型L2层162的主要作用是提高电子阻挡效应、增强空穴注入效率，以及载流子注入时的电流扩展能力，让载流子能更有效地、均匀地、注入器件的发光有源区150，进行辐射复合，提高紫外发光器件100的光效。
第四实施例
本实施例提供了一种采用新型电子阻挡层的紫外发光器件100，其与第一实施例中的结构相近，不同之处在于：本实施例中的p型复合电子阻挡层160的材料组成不同。
所述p型复合电子阻挡层160包括沿生长方向依次形成的p型L1层161和p型L2层162。所述p型L1层161采用p-AlGaN形成，所述p型L1层161的厚度范围为：5nm～30nm。所述p型L1层161中的Al组分值可以超过所述量子垒层中的Al组分值，也可以超过量子阱层中的Al组分值。p型L1层161的主要作用是与量子阱层的晶格进行匹配和调节最后一个量子垒层的能带，有效降低量子阱层中的电子泄露。
所述p型L2层162采用p-AlInGaN形成，所述p型L2层162的厚度范围为：5nm～30nm。所述p型L2层162中的Al组分值可以超过所述量子垒层中的Al组分值，也可以超过量子阱层中的Al组分值。所述p型L2层162中的In组分值可以超过所述量子垒层中的In组分值，也可以超过量子阱层中的In组分值。p型L2层162的主要作用是提高电子阻挡效应、增强空穴注入效率，以及载流子注入时的电流扩展能力，让载流子能更有效地、均匀地、注入器件的发光有源区150，进行辐射复合，提高紫外发光器件100的光效。
第五实施例
请参阅图2，本实施例提供一种采用新型电子阻挡层的紫外发光器件100的制备方法，这里的制备方法主要运用于制备第一实施例至第四实施例中任一种的紫外发光器件100。
采用新型电子阻挡层的紫外发光器件100的制备方法包括以下步骤：
S1：请参阅图3，在所述衬底110上依次生长低温缓冲层120、高温层130、n型AlmGa1-mN层140、发光有源区150。
其中，发光有源区150包括InxGa1-xN和AlyGa1-yN，0.001≤x<y≤1。所述发光有源区150由量子阱层和量子垒层交替生长而成。所述量子阱层的厚度范围为：1.5nm～10nm，所述量子垒层的厚度范围为：4nm～20nm。
S2：请参阅图4，在发光有源区150上生长p型复合电子阻挡层160，其中，所述p型复合电子阻挡层160包括沿生长方向依次形成的p型L1层161和p型L2层162。
若要制备第一实施例中的紫外发光器件100，则所述p型L1层161采用p-AlInGaN形成，所述p型L1层161的厚度范围为：5nm～30nm。所述p型L2层162采用p-AlGaN/AlInGaN超晶格形成，所述p型L2层162的厚度范围为：5nm～30nm。
若要制备第二实施例中的紫外发光器件100，则所述p型L1层161采用p-AlInGaN形成，所述p型L1层161的厚度范围为：5nm～30nm。所述p型L2层162采用p-AlGaN形成，所述p型L2层162的厚度范围为：5nm～30nm。
若要制备第三实施例中的紫外发光器件100，则所述p型L1层161采用p-AlGaN形成，所述p型L1层161的厚度范围为：5nm～30nm。所述p型L2层162采用p-AlGaN/AlInGaN超晶格形成，所述p型L2层162的厚度范围为：5nm～30nm。
若要制备第四实施例中的紫外发光器件100，则所述p型L1层161采用p-AlGaN形成，所述p型L1层161的厚度范围为：5nm～30nm。所述p型L2层162采用p-AlInGaN形成，所述p型L2层162的厚度范围为：5nm～30nm。
p型L1层161的主要作用是与量子阱层的晶格进行匹配和调节最后一个量子垒层的能带，有效降低量子阱层中的电子泄露。p型L2层162的主要作用是提高电子阻挡效应、增强空穴注入效率，以及载流子注入时的电流扩展能力，让载流子能更有效地、均匀地、注入器件的发光有源区150，进行辐射复合，提高紫外发光器件100的光效。
此外，所述p型L1层161和p型L2层162中的AlInGaN的In组分值可以高于量子阱层中的In组分值，具有调节极化强度及方向等作用。
S3：请参阅图1，在p型复合电子阻挡层160上依次生长p型AlnGa1-nN层170和接触层180。
本申请中只详细介绍了将p型复合电子阻挡层160运用于紫外发光器件100的例子，本申请提供的p型复合电子阻挡层160当然还可以运用到其它结构形式的半导体器件中，在这里不再赘述，只要运用了本申请中提供的p型复合电子阻挡层160的构思，都应该属于本申请要求保护的范围。
需要说明的是，本申请中提到的数值，包括厚度的取值等，都只是申请人通过实验和测算获得的较为可靠的数值，而不是严格限定对应的参数只能是这些取值。本领域的技术人员可能会在本申请的方案的基础上，做进一步的实验，获得其他效果相近的取值，这些取值也没有脱离本申请的核心，也应该属于本申请要求保护的范围。
本申请中各个层结构采用的材料，都只是申请人通过实验获得的较为可靠材料，而不是严格限定只能采用这些材料。本领域的技术人员可能会在本申请的方案的基础上，做进一步的实验，获得其他效果相近的材料，这些材料也没有脱离本申请的核心，也应该属于本申请要求保护的范围。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种采用新型电子阻挡层的紫外发光器件，其特征在于，所述紫外发光器件包括衬底(110)和在所述衬底(110)上依次生长的低温缓冲层(120)、高温层(130)、n型AlmGa1-mN层(140)、发光有源区(150)、p型复合电子阻挡层(160)、p型AlnGa1-nN层(170)和接触层(180)；其中，所述p型复合电子阻挡层(160)包括沿生长方向依次形成的p型L1层(161)和p型L2层(162)。
2.根据权利要求1所述的紫外发光器件，其特征在于，所述p型L1层(161)采用p-AlInGaN形成，所述p型L2层(162)采用p-AlGaN/AlInGaN超晶格形成。
3.根据权利要求1所述的紫外发光器件，其特征在于，所述p型L1层(161)采用p-AlInGaN形成，所述p型L2层(162)采用p-AlGaN形成。
4.根据权利要求1所述的紫外发光器件，其特征在于，所述p型L1层(161)采用p-AlGaN形成，所述p型L2层(162)采用p-AlGaN/AlInGaN超晶格形成。
5.根据权利要求1所述的紫外发光器件，其特征在于，所述p型L1层(161)采用p-AlGaN形成，所述p型L2层(162)采用p-AlInGaN形成。
6.根据权利要求1所述的紫外发光器件，其特征在于，所述p型L1层(161)的厚度范围为：5nm～30nm，所述p型L2层(162)的厚度范围为：5nm～30nm。
7.根据权利要求1所述的紫外发光器件，其特征在于，所述p型L1层(161)和所述p型L2层(162)中的p-AlGaN或者p-AlInGaN的Al组分值、In组分值在各自单层中是固定不变的，或者是线性渐变的。
8.根据权利要求1所述的紫外发光器件，其特征在于，所述p型L1层(161)中的Al组分值和所述p型L2层(162)中的Al组分值均大于量子垒层中的Al组分值。
9.根据权利要求1所述的紫外发光器件，其特征在于，所述p型L1层(161)中的In组分值和所述p型L2层(162)中的In组分值均大于量子阱层中的In组分值。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110993759A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-04-10 | 广东省半导体产业技术研究院 | 一种采用复合电子阻挡层的紫外发光器件及其制备方法 |
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2019
- 2019-12-02 CN CN201922133639.8U patent/CN211350680U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN110993759A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-04-10 | 广东省半导体产业技术研究院 | 一种采用复合电子阻挡层的紫外发光器件及其制备方法 |
| CN110993759B (zh) * | 2019-12-02 | 2024-05-17 | 广东省半导体产业技术研究院 | 一种采用复合电子阻挡层的紫外发光器件及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 510651 No. 363, Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Patentee after: Institute of semiconductors, Guangdong Academy of Sciences Address before: 510000 363 Changxin Road, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong. Patentee before: GUANGDONG INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR INDUSTRIAL TECHNOLOGY |
|
| CP03 | Change of name, title or address |