有效提高外量子效率的深紫外發光二極體及其製備方法
2023-04-28 22:49:56 2
專利名稱：有效提高外量子效率的深紫外發光二極體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體，尤其是涉及一種有效提高外量子效率的深紫外發光二極體及其製備方法。
背景技術：
發光二極體作為新型高效的固態光源，具有節能環保、色彩豐富等顯著優點，其中，波長在220 350nm之間的深紫外發光二極體(Deep Ultraviolet Light Emitting Diode, DUV-LED)在空氣淨化、生物醫療等領域有著廣泛的應用。然而，由於受到薄膜缺陷密度高、極性混雜、電極對光的吸收等因素的制約，造成光輸出功率損失嚴重，從而制約了 DUV-LED外量子效率的進一步提高。表面等離子體激元(Surface Plasmon Polariton，SPP)是可以在光滑或粗糙的金屬表面傳播的一種局域電磁波模式。目前，已有的研究更多地關注於SPP與可見光發光二極體，特別是MiaN基藍、 綠光發光二極體的結合，研究者使用的有Ag/GaN、Au/GaN等界面體系(Koichi okamoto et. al, "Surface-plasmon-enhanced light emitters based on InGaN quantum wells，，， nature materials，3 (2004) 601)，也有人使用合金與半導體材料界面構成的體系。
發明內容
本發明的目的在於針對現有的深紫外發光二極體存在的外量子效率不高等問題， 提供一種新型的有效提高外量子效率的深紫外發光二極體及其製備方法。所述有效提高外量子效率的深紫外發光二極體設有襯底，在襯底上依次生長AlN 緩衝層、n-AWaN層、有源層、p-AWaN層和ρ-GaN蓋層，在ρ-GaN蓋層上沉積鋁膜層，在 n-AlGaN層上設η型電極，在p_GaN蓋層上設ρ型電極。所述襯底可採用c面藍寶石襯底等。所述p-GaN蓋層的厚度可控制在20nm以內，所述鋁膜層的厚度可控制在IOnm以內。所述有效提高外量子效率的深紫外發光二極體的製備方法包括以下步驟1)在襯底上生長AlN緩衝層、n-AlGaN層、有源層、ρ-AlGaN層和ρ-GaN蓋層；2)採用ICP技術刻蝕出η型臺面，並通過光刻、真空電子束蒸發沉積及快速熱退火處理技術分別形成P型、η型的歐姆接觸；3)在P-GaN蓋層上沉積鋁膜層；4)在n-AWaN層上設η型電極，在p-GaN蓋層上設ρ型電極。所述p-GaN蓋層的厚度控制在20nm以內，一方面為了使界面處的表面等離子體激元與量子阱中的偶極子進行有效地耦合，另一方面為了減弱該層對正面出射光的吸收；所述鋁膜層的厚度控制在IOnm以內，此厚度範圍的金屬鋁薄膜結構有利於在鋁膜層上下表面間形成表面等離子體激元的耦合，從而將Al/GaN界面處的表面等離子體激元耦合到鋁/空氣界面，並在此界面處複合發光，提高了正面光的提取效率。在一定的頻率下，可發生金屬表面SPP與偶極子的耦合共振，SPP通過俘獲有源區中的偶極子發生複合發射釋放出光子，進而改善器件的內量子效率。而Al/GaN的SPP共振能量約為5eV左右O50nm)，使得Al成為深紫外區域產生SPP效應的最佳選擇，也為提高深紫外發光二極體的外量子效率提供了理想的來源。因此，使用金屬Al與半導體材料構成的體系，當DUV-LED的有源區發光波長處於深紫外區域 250nm 300nm時，即可產生金屬Al與半導體界面的SPP有效共振，可提高有源區的輻射複合機率，從而提高DUV-LED的內量子效率。同時，控制所製備方法的鋁薄膜的厚度在IOnm 以內，可以使得鋁薄膜層上下表面間形成表面等離子體激元耦合，從而將Al/GaN界面處的表面等離子體激元耦合到鋁/空氣界面，並在此界面處複合發光，從而提高深紫外發光二極體的光提取效率，最終達到提高其外量子效率的目的。本發明通過在AKiaN基深紫外發光二極體p-GaN上引入鋁膜層結構，使鋁薄膜與 GaN薄膜界面間產生的表面等離子體激元共振頻率的能量與AWaN量子阱偶極子能量相一致，SPP通過俘獲有源區中的偶極子進而發生複合發射釋放出光子，增強了深紫外發光二極體有源區中的輻射複合機率即內量子效率；同時，利用薄層鋁膜上下表面間的表面等離子體激元耦合實現了更高的正面光提取效率。
圖1為本發明實施例的結構組成示意圖。在圖1中，各標記為1-襯底，2-A1N緩衝層，3-n-AWaN層，4-有源層，5-p_AWaN層，6-p-GaN蓋層，7_p型電極，8_n型電極，9-鋁膜層。
具體實施例方式參見圖1，所述有效提高外量子效率的深紫外發光二極體實施例設有襯底1，在襯底1上依次生長AlN緩衝層2、H-AlGaN層3、有源層4、p-AlGaN層5和ρ-GaN蓋層6，在 P-GaN蓋層6上沉積鋁膜層9，在n-AWaN層3上設η型電極8，在ρ-GaN蓋層6上設ρ型電極7。所述襯底1採用c面藍寶石襯底。所述p-GaN蓋層6的厚度控制在20nm以內，所述鋁膜層9的厚度控制在IOnm以內。所述有效提高外量子效率的深紫外發光二極體的製備方法包括以下步驟1)在襯底1上生長AlN緩衝層2、n-AlGaN層3、有源層4、p-AlGaN層5和p_GaN 蓋層6 ；2)採用ICP技術刻蝕出η型臺面，並通過光刻、真空電子束蒸發沉積及快速熱退火處理技術分別形成P型、η型的歐姆接觸；3)在p-GaN蓋層6上沉積鋁膜層9 ；4)在n-AWaN層3上設η型電極8，在p-GaN蓋層6上設ρ型電極7。所述p-GaN蓋層6的厚度控制在20nm以內，一方面為了使界面處的表面等離子體激元與量子阱中的偶極子進行有效地耦合，另一方面為了減弱該層對正面出射光的吸收；
所述鋁膜層的厚度控制在IOnm以內，此厚度範圍的金屬鋁薄膜結構有利於在鋁膜層上下表面間形成表面等離子體激元的耦合，從而將Al/GaN界面處的表面等離子體激元耦合到鋁/空氣界面，並在此界面處複合發光，提高了正面光的提取效率。本發明由於使鋁膜層與GaN薄膜界面間產生的表面等離子體激元共振頻率的能量與AWaN量子阱偶極子能量相一致，因此量子阱對應的發光峰波長、金屬鋁膜層的厚度以及GaN薄膜的厚度都至關重要。理論計算過程具體包括
權利要求
1.有效提高外量子效率的深紫外發光二極體，其特徵在於設有襯底，在襯底上依次生長AlN緩衝層、n-AWaN層、有源層、ρ-AWaN層和ρ-GaN蓋層，在ρ-GaN蓋層上沉積鋁膜層， 在n-AWaN層上設η型電極，在p_GaN蓋層上設ρ型電極。
2.如權利要求1所述的有效提高外量子效率的深紫外發光二極體，其特徵在於所述襯底採用c面藍寶石襯底。
3.如權利要求1所述的有效提高外量子效率的深紫外發光二極體，其特徵在於所述 P-GaN蓋層的厚度控制在20nm以內。
4.如權利要求1所述的有效提高外量子效率的深紫外發光二極體，其特徵在於所述鋁膜層的厚度控制在IOnm以內。
5.如權利要求1所述的有效提高外量子效率的深紫外發光二極體的製備方法，其特徵在於包括以下步驟1)在襯底上生長AlN緩衝層、n-AWaN層、有源層、p-AWaN層和ρ-GaN蓋層；2)採用ICP技術刻蝕出η型臺面，並通過光刻、真空電子束蒸發沉積及快速熱退火處理技術分別形成P型、η型的歐姆接觸；3)在p-GaN蓋層上沉積鋁膜層；4)在n-AWaN層上設η型電極，在p_GaN蓋層上設ρ型電極。
全文摘要
有效提高外量子效率的深紫外發光二極體及其製備方法，涉及一種發光二極體。深紫外發光二極體設有襯底，在襯底上依次生長AlN緩衝層、n-AlGaN層、有源層、p-AlGaN層和p-GaN蓋層，在p-GaN蓋層上沉積鋁膜層，在n-AlGaN層上設n型電極，在p-GaN蓋層上設p型電極。在襯底上生長AlN緩衝層、n-AlGaN層、有源層、p-AlGaN層和p-GaN蓋層；採用ICP技術刻蝕出n型臺面，並通過光刻、真空電子束蒸發沉積及快速熱退火處理技術分別形成p型、n型的歐姆接觸；在p-GaN蓋層上沉積鋁膜層；在n-AlGaN層上設n型電極，在p-GaN蓋層上設p型電極。
文檔編號H01L33/44GK102544298SQ201210028309
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月7日 優先權日2012年2月7日
發明者康俊勇, 李書平, 李金釵, 楊旭, 高娜, 黃凱 申請人:廈門大學