本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子材料和器件制造的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種具有雙摻雜多量子阱結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管。

背景技術(shù)：

紫外光由于具有較高的光子能量和很強(qiáng)的穿透能力，而被廣泛地應(yīng)用于殺菌消毒、水和空氣凈化、固態(tài)照明、生物化學(xué)有害物質(zhì)檢測(cè)、高密度存儲(chǔ)和軍用通信等領(lǐng)域。

algan材料是制備uv-led的核心材料。首先，alxga1-xn材料是寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料，通過調(diào)節(jié)三元化合物algan中的al組分，可以實(shí)現(xiàn)algan帶隙能量在3.4～6.2ev之間連續(xù)變化，從而獲得波長(zhǎng)范圍從210到365nm的紫外光。其次，alxga1-xn是一種強(qiáng)離子鍵作用的化合物，具有較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以及較長(zhǎng)的壽命。此外，algan基uv-led能耗低、零污染，相比汞燈和氙燈等傳統(tǒng)氣體紫外光源有顯著優(yōu)勢(shì)，因此algan基uv-led具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的研究?jī)r(jià)值。

然而，如圖3所示的、以現(xiàn)有技術(shù)制備的多量子阱結(jié)構(gòu)的algan基uv-led的發(fā)光效率普遍較低。存在于量子阱中的極化電場(chǎng)是造成uv-led的發(fā)光效率低下的一個(gè)重要因素。由于纖鋅礦結(jié)構(gòu)algan基材料沿(0001)方向存在數(shù)量級(jí)高達(dá)mv/cm的強(qiáng)極化電場(chǎng)，該極化電場(chǎng)可引起強(qiáng)烈的量子限制斯塔克效應(yīng)(qcse)，使得量子阱能帶發(fā)生傾斜，產(chǎn)生附加勢(shì)壘，阻礙載流子的輸運(yùn)，造成電子和空穴波函數(shù)的空間分離，從而極大地降低極性(0001)面algan基uv-led的發(fā)光效率。

為提高uv-led的發(fā)光效率，現(xiàn)有技術(shù)通常采用降低量子阱中阱層的厚度或減小量子阱阱深等方法來削弱極化電場(chǎng)對(duì)電子和空穴復(fù)合效率的影響，以提高uv-led的發(fā)光效率。然而降低量子阱中阱層的厚度會(huì)對(duì)異質(zhì)結(jié)界面的陡峭度產(chǎn)生極高的要求，而減小量子阱阱深將會(huì)增加載流子分布的不均勻，具體表現(xiàn)為大量電子會(huì)堆積在多量子阱結(jié)構(gòu)的最后一個(gè)量子阱中，容易引起電子溢流。故現(xiàn)有技術(shù)并不能有效地解決極性器件中由于極化電場(chǎng)造成的uv-led發(fā)光效率下降的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種具有雙摻雜多量子阱結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，能夠形成與極化電場(chǎng)方向相反的補(bǔ)償電場(chǎng)，從而能抵消極化電場(chǎng)，有效提高algan基uv-led的發(fā)光效率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種具有雙摻雜多量子阱結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，包括：由下至上依次設(shè)置的襯底101，aln中間層102、非摻雜algan緩沖層103、n型algan層104、雙摻雜的alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱有源區(qū)105、alzga1-zn電子阻擋層106，其中z>y>x，p型algan層107和透明導(dǎo)電層108，在n型algan層和透明導(dǎo)電層上分別設(shè)置的n型歐姆電極109和p型歐姆電極110。

優(yōu)選的，所述襯底101為可外延生長(zhǎng)出極性、半極性gan基材料的藍(lán)寶石、碳化硅、硅、氧化鋅、氮化鎵和氮化鋁等襯底中的任何一種。

優(yōu)選的，所述aln中間層102的厚度為5-5000nm，非摻雜algan緩沖層103的厚度為50-5000nm，n型algan層104的厚度為200-5000nm，雙摻雜的alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱有源區(qū)105結(jié)構(gòu)中的alxga1-xn量子阱的阱寬為1-10nm，alyga1-yn復(fù)合勢(shì)壘的壘厚為3-30nm，重復(fù)周期數(shù)為1-50，其中最后一個(gè)周期以復(fù)合勢(shì)壘層結(jié)尾，雙摻雜alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱有源區(qū)105中n型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1051和p型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1053的厚度分別為0.2-1nm，非摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1052的厚度為3-30nm，alzga1-zn電子阻擋層106的厚度為3-30nm，其中z>y>x。

優(yōu)選的，所述的雙摻雜alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱有源區(qū)105自下而上依次包括n型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1051、非摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1052和p型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1053組成的復(fù)合勢(shì)壘層、以及非摻雜alxga1-xn量子阱層1054，其中最后一個(gè)周期以復(fù)合勢(shì)壘層結(jié)尾。

優(yōu)選的，所述的alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱有源區(qū)105中n型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1051利用si、s、se和te等n型雜質(zhì)進(jìn)行摻雜，其中的電子濃度為1×10¹⁵-1×10²⁰cm^-3；所述的p型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1053利用mg、be、zn和cd等p型雜質(zhì)進(jìn)行摻雜，其中的空穴濃度為1×10¹⁵-1×10¹⁹cm^-3。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的一種具有雙摻雜多量子阱結(jié)構(gòu)的uv-led，通過對(duì)多量子阱有源區(qū)中勢(shì)壘層的上下異質(zhì)結(jié)界面處分別進(jìn)行p型摻雜和n型摻雜，可形成與極化電場(chǎng)方向相反的補(bǔ)償電場(chǎng)，一方面有利于減緩甚至消除量子阱的能帶傾斜，增加量子阱勢(shì)壘層的有效高度，提高載流子，特別是電子在多量子阱結(jié)構(gòu)中分布的均勻性；另一方面，由于補(bǔ)償電場(chǎng)對(duì)極化電場(chǎng)的抵消作用，在抑制發(fā)光波長(zhǎng)紅移的同時(shí)，增加了量子阱中的電子與空穴的波函數(shù)在空間上的重疊程度，提高了電子與空穴的輻射復(fù)合效率，從而能夠顯著提升uv-led的發(fā)光效率。因此，本發(fā)明對(duì)于制備高發(fā)光效率的uv-led具有十分重要的意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的具有雙摻雜多量子阱結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管的斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的雙摻雜多量子阱結(jié)構(gòu)部分105的放大斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為現(xiàn)有技術(shù)制備的極性紫外發(fā)光二極管的多量子阱結(jié)構(gòu)部分305的放大斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，101、襯底；102、aln中間層；103、非摻雜algan緩沖層；104、n型algan層；105、雙摻雜的alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱有源區(qū)；106、alzga1-zn電子阻擋層；107、p型algan層；108、透明導(dǎo)電層；109、n型歐姆電極；110、p型歐姆電極；1051、n型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層；1052、非摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層；1053、p型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層；1054、非摻雜alxga1-xn量子阱層；3051、非摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層；3052、非摻雜alxga1-xn量子阱層。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種具有雙摻雜多量子阱結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，包括：由下至上依次設(shè)置的極性c面藍(lán)寶石襯底101、aln中間層102、非摻雜algan緩沖層103、n型algan層104、雙摻雜的alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱有源區(qū)105、alzga1-zn電子阻擋層106、其中z>y>x，p型algan層107和透明導(dǎo)電層108，在n型algan層和透明導(dǎo)電層上分別設(shè)置的n型歐姆電極109和p型歐姆電極110。

圖2為本發(fā)明提供的具有雙摻雜多量子阱結(jié)構(gòu)的uv-led的雙摻雜多量子阱結(jié)構(gòu)部分105的放大斷面結(jié)構(gòu)示意圖，其特征在于：所述的雙摻雜多量子阱105自下而上依次包括由n型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1051、非摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1052和p型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1053組成的復(fù)合勢(shì)壘層、以及非摻雜alxga1-xn量子阱層1054。

所述aln中間層102的厚度為5-5000nm，非摻雜algan緩沖層103的厚度為50-5000nm，n型algan層104的厚度為200-5000nm，雙摻雜的alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱有源區(qū)105的alxga1-xn量子阱的阱寬為1-10nm，alyga1-yn復(fù)合勢(shì)壘的壘厚為3-30nm，重復(fù)周期數(shù)為1-50，其中最后一個(gè)周期以復(fù)合勢(shì)壘層結(jié)尾，雙摻雜的alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱有源區(qū)105中n型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1051和p型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1053的厚度分別為0.2-1nm，非摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1052的厚度為3-30nm，alzga1-zn電子阻擋層106的厚度為3-30nm，其中z>y>x。

所述的雙摻雜alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱有源區(qū)105自下而上依次包括n型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1051、非摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1052和p型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1053組成的復(fù)合勢(shì)壘層、以及非摻雜alxga1-xn量子阱層1054，其中最后一個(gè)周期以復(fù)合勢(shì)壘層結(jié)尾。

所述的雙摻雜的alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱有源區(qū)105中n型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1051利用si進(jìn)行摻雜，其中si摻雜的電子濃度為1×10¹⁵-1×10²⁰cm^-3。

所述的雙摻雜的alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱有源區(qū)105中p型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1053利用mg進(jìn)行摻雜，其中mg摻雜的空穴濃度為1×10¹⁵-1×10¹⁹cm^-3。

需著重說明的是，本發(fā)明的具有雙摻雜多量子阱結(jié)構(gòu)的uv-led的核心部分自下而上依次包括由n型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1051、非摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1052和p型摻雜alyga1-yn量子勢(shì)壘層1053組成的復(fù)合勢(shì)壘層、以及非摻雜alxga1-xn量子阱層1054所共同構(gòu)成的雙摻雜多量子阱有源區(qū)。此部分是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)形成與極化電場(chǎng)方向相反的補(bǔ)償電場(chǎng)的關(guān)鍵。其主要作用在于減弱甚至消除由極化電場(chǎng)引起的量子限制斯塔克效應(yīng)，因而將能極大地提高電子與空穴的輻射復(fù)合效率，顯著提高uv-led器件的發(fā)光效率。

盡管本發(fā)明就優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了示意和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要不超出本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變化和修改。