一种基于AlGaN的具有不同铝组分的超晶格量子垒的深紫外LED

本发明涉及光电二极管领域，特别涉及一种基于algan的具有不同铝组分的超晶格量子垒的深紫外led。

背景技术：

由于algan的深紫外led在计算机数据存储、杀菌消毒、水与空气净化、生物医学、环境保护等领域具有十分重要的应用价值，基于algan的深紫外发光二极管(duvled)引起了人们的广泛关注。

然而，目前duvled的效率还达不到人们的要求。影响duvled光学性能和电学性能的因素有很多，如低的空穴注入率、载流子泄露严重、量子限制斯塔克效应、载流子限制能力弱等。在duvled中，p-algan掺杂困难，导致空穴浓度远远低于电子浓度。电子的有效质量小，移动速率高，很容易从有源区中泄露。虽然空穴泄露造成的影响没有电子泄露造成的影响大，但是研究证明空穴泄露对duvled性能的影响也是不能忽略的。高a1组分的algan材料的极化电场很强，引起量子限制斯塔克效应，最终使电子和空穴空间重叠率降低，辐射复合率下降。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种基于algan的具有不同铝组分的超晶格量子垒的深紫外led。该led能够有效阻挡空穴泄露，减弱量子阱里的静电场，最终提高电子和空穴在有源区里辐射复合率。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种基于algan的具有不同铝组分的超晶格量子垒的深紫外led，其从下至上依次由衬底、n型电子层、超晶格量子垒有源区(具有不同铝组分的超晶格量子垒有源区)、电子阻挡层、p型空穴层及接触层层叠形成；从所述n型电子层引出n型欧姆电极，从所述接触层引出的p型欧姆电极。

本发明将有源区中的量子垒设计成具有不同铝组分的超晶格量子垒，能够有效减少空穴的泄露，减弱量子阱里的静电场，最终提高了电子和空穴在有源区里的辐射复合率。

进一步地，所述n型电子层的材料为a10.55ga0.45n，所述n型电子层的厚度为2.9-3.1μm；所述n型电子层包括由下至上厚度依次递增的18-22层网格；所述n型电子层掺杂有si，且si的掺杂浓度为1.9×10¹⁸-2.1×10¹⁸cm^-3。

优选地，所述n型电子层的材料为a10.55ga0.45n，且厚度为3μm，并划分为由下至上厚度递增的20层网格。

优选地，所述n型电子层掺杂有si，且si的掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3。

进一步地，所述超晶格量子垒有源区包括6个量子垒和5个量子阱；所述量子垒与量子阱从上至下依次层叠，最低层和最上层均为量子垒。

进一步地，所述量子垒为a1xga1-xn，所述量子垒的厚度为9-11nm，所述x的取值范围为0.52-0.54；所述量子阱为a10.45ga0.55n，所述量子阱的厚度为1-3nm。

优选地，所述a1xga1-xn的厚度为10nm；所述a10.45ga0.55n的厚度为2nm。

进一步地，从下往上数，所述超晶格量子垒有源区的第一个量子垒为最低层的量子垒；第一个量子垒为a10.55ga0.45n和a10.52ga0.48n交替排布的超晶格量子垒；所述a10.55ga0.45n有3层，所述a10.52ga0.48n有2层；所述a10.55ga0.45n和a10.52ga0.48n的厚度均为1.5-2.5nm。

这样设计的目的是调节有源区里的应力，抑制空穴泄露，提高电子注入，减弱量子阱里的静电场，最终提高辐射复合效率。

优选地，所述a10.55ga0.45n和a10.52ga0.48n的厚度均为2nm。

进一步地，从下往上数，所述超晶格量子垒有源区的第二个量子垒为a10.55ga0.45n和a10.53ga0.48n交替排布的超晶格量子垒；所述a10.55ga0.45n有3层，所述a10.53ga0.48n有2层；所述a10.55ga0.45n和a10.53ga0.48n的厚度均为1.5-2.5nm。

进一步地，所述a10.55ga0.45n和a10.53ga0.48n的厚度均为1.5-2.5nm。这样设计的目的是调节有源区里的应力。

优选地，所述a10.55ga0.45n和a10.53ga0.48n的厚度均为2.0nm。

进一步地，从下往上数，所述超晶格量子垒有源区的第三个量子垒为a10.55ga0.45n和a10.54ga0.48n交替排布的超晶格量子垒；所述a10.55ga0.45n有3层，所述a10.54ga0.48n有2层；所述a10.55ga0.45n和a10.54ga0.48n的厚度均为1.5-2.5nm。这样设计的目的是调节有源区里的应力。

优选地，所述a10.55ga0.45n和a10.54ga0.48n的厚度均为2.0nm。

进一步地，从下往上数，所述超晶格量子垒有源区的第四个量子垒为a10.55ga0.45n和a10.52ga0.48n交替排布的超晶格量子垒；所述a10.55ga0.45n有3层，所述a10.52ga0.48n有2层；所述a10.55ga0.45n和a10.52ga0.48n的厚度均为1.5-2.5nm。这样设计的目的是调节有源区里的应力。

优选地，所述a10.55ga0.45n和a10.52ga0.48n的厚度均为2.0nm。

进一步地，从下往上数，所述超晶格量子垒有源区的第五个量子垒为a10.55ga0.45n和a10.53ga0.48n；所述a10.55ga0.45n有3层，所述a10.53ga0.48n有2层；所述a10.55ga0.45n和a10.53ga0.48n的厚度均为1.5-2.5nm。这样设计的目的是调节有源区里的应力。

优选地，所述a10.55ga0.45n和a10.53ga0.48n的厚度均为2.0nm。

进一步地，从下往上数，所述超晶格量子垒有源区的第六个量子垒为a10.55ga0.45n和a10.54ga0.48n交替排布的超晶格量子垒；所述a10.55ga0.45n有3层，所述a10.54ga0.48n有2层；所述a10.55ga0.45n和a10.54ga0.48n的厚度均为1.5-2.5nm。这样设计的目的是调节有源区里的应力。

优选地，所述a10.55ga0.45n和a10.54ga0.48n的厚度均为2nm。

进一步地，所述电子阻挡层为a10.6ga0.4n；所述电子阻挡层的厚度为9-11nm。

优选地，所述电子阻挡层的厚度为10nm。

进一步地，所述p型空穴层为a10.55ga0.45n；所述p型空穴层的厚度为9-11nm；所述p型空穴层划分为由下至上厚度一致的11-13层网格；所述p型层掺杂有mg，mg的掺杂浓度为0.9×10¹⁹-1.1×10¹⁹cm^-3；

优选地，所述p型空穴层的厚度为10nm。

优选地，所述接触层为gan；所述接触层的厚度为98-102nm；所述接触层划分为由下至上厚度一致的9-11层网格。

优选地，所述接触层的厚度为100nm，所述接触层划分为由下至上厚度一致的10层网格.

进一步地，所述衬底为蓝宝石衬底，且为r面、a面及m面中的任意一种。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明提供的基于algan的具有不同铝组分的超晶格量子垒的深紫外led，采用了具有不同铝组分的超晶格量子垒可以调节有源区里的应力，提高电子注入，抑制空穴泄露，减弱量子阱里的静电场，提高辐射复合效率。

附图说明

图1是实施例提供的基于algan的具有不同铝组分的超晶格量子垒的深紫外led的结构图；

其中，1为衬底，2为n型电子层，3为超晶格量子垒有源区，4为电子阻挡层，5为p型空穴层，6为接触层，7为p型欧姆电极，8为n型欧姆电极；

图2是实施例提供的基于algan的具有不同铝组分的超晶格量子垒的深紫外led的光输出功率曲线；

图3是实施例提供的基于algan的具有不同铝组分的超晶格量子垒的深紫外led的内量子效率曲线。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。

图1是实施例提供的基于algan的具有不同铝组分的超晶格量子垒的深紫外led的结构图。

一种基于algan的具有不同铝组分的超晶格量子垒的深紫外led，从下至上依次由衬底1、n型电子层2、超晶格量子垒有源区3、电子阻挡层4、p型空穴层5及接触层6层叠形成；从所述n型电子层引出n型欧姆电极8，从所述接触层引出p型欧姆电极7。所述衬底1为蓝宝石衬底，为r面、a面或m面蓝宝石衬底中的任意一种。

所述n型电子层2的材料为a10.55ga0.45n，所述n型电子层2的厚度为3.0μm；所述n型电子层2包括由下至上厚度依次递增的20层网格；所述n型电子层2掺杂有si，且si的掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3。

所述超晶格量子垒有源区3包括6个量子垒和5个量子阱；所述量子垒与量子阱从上至下依次层叠，最低层和最上层均为量子垒。所述量子垒为a1xga1-xn，所述量子垒的厚度为10nm，所述x的取值范围为0.52-0.54；所述量子阱为a10.45ga0.55n，所述量子阱的厚度为1-3nm。从下往上数，所述超晶格量子垒有源区的第一个量子垒31为最低层的量子垒；第一个量子垒31为a10.55ga0.45n和a10.52ga0.48n交替排布的超晶格量子垒；所述a10.55ga0.45n有3层，所述a10.52ga0.48n有2层；所述a10.55ga0.45n和a10.52ga0.48n的厚度均为2.0nm。这样设计的目的是调节有源区里的应力，抑制空穴泄露，减弱量子阱里的静电场，最终提高辐射复合效率。

从下往上数，所述超晶格量子垒有源区的第二个量子垒32为a10.55ga0.45n和a10.53ga0.48n交替排布的超晶格量子垒；所述a10.55ga0.45n有3层，所述a10.53ga0.48n有2层；所述a10.55ga0.45n和a10.53ga0.48n的厚度均为2.0nm；从下往上数，所述超晶格量子垒有源区的第三个量子垒33为a10.55ga0.45n和a10.54ga0.48n交替排布的超晶格量子垒；所述a10.55ga0.45n有3层，所述a10.54ga0.48n有2层；所述a10.55ga0.45n和a10.54ga0.48n的厚度均为2.0nm。这样设计的目的是调节有源区里的应力。

从下往上数，所述超晶格量子垒有源区的第四个量子垒34为a10.55ga0.45n和a10.52ga0.48n交替排布的超晶格量子垒；所述a10.55ga0.45n有3层，所述a10.52ga0.48n有2层；所述a10.55ga0.45n和a10.52ga0.48n的厚度均为2.0nm；从下往上数，所述超晶格量子垒有源区的第五个量子垒35为a10.55ga0.45n和a10.53ga0.48n；所述a10.55ga0.45n有3层，所述a10.53ga0.48n有2层；所述a10.55ga0.45n和a10.53ga0.48n的厚度均为2.0nm。这样设计的目的是调节有源区里的应力。

从下往上数，所述超晶格量子垒有源区的第六个量子垒36为a10.55ga0.45n和a10.54ga0.48n交替排布的超晶格量子垒；所述a10.55ga0.45n有3层，所述a10.54ga0.48n有2层；所述a10.55ga0.45n和a10.54ga0.48n的厚度均为2.0nm。这样设计的目的是调节有源区里的应力。

由于超晶格量子垒有源区3的量子垒采用了不同铝组分的超晶格量子垒，对空穴从超晶格量子垒有源区3中的泄露起到了抑制作用，同时减弱了量子阱里的静电场，最终提高了有源区里的辐射复合率。

所述电子阻挡层为a10.6ga0.4n；所述电子阻挡层的厚度为10nm。所述电子阻挡层划分为由下至上厚度一致的12层网格。

所述p型空穴层5为a10.55ga0.45n；所述p型空穴层的厚度为10nm；所述p型空穴层划分为由下至上厚度一致的12层网格；所述p型层掺杂有mg，mg的掺杂浓度为1.0×10¹⁹cm^-3；所述接触层6为gan；所述接触层的厚度为100nm；所述接触层划分为由下至上厚度一致的10层网格。

图2是实施例提供的基于algan的具有不同铝组分的超晶格量子垒的深紫外led的光输出功率曲线；

图3是实施例提供的基于algan的具有不同铝组分的超晶格量子垒的深紫外led的内量子效率曲线。

图2中的光输出功率曲线，横坐标是电流，单位为ma，纵坐标为光输出功率，单位为mw。实线表示本实施例的新型结构，虚线表示传统结构led，可以看出本实施例的光输出功率比传统的高。

图3中的内量子效率曲线，横坐标是电流，单位为ma，纵坐标为led的内量子效率。实线表示本实施例的新型结构，虚线表示传统结构led，可以看出本实施例的内量子效率比传统的高。

以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。