技术摘要：
本发明公开了一种具有极化掺杂复合极性面电子阻挡层的紫外LED，包括由下至上依次设置的衬底、低温AIN成核层、高温AlN中间层、非掺杂AlGaN缓冲层、n型AlGaN层、Alx1Ga1‑x1N/Alx2Ga1‑x2N多量子阱有源区、极化掺杂复合极性面电子阻挡层和p型Alx5Ga1‑x5N层，所述n型AlGa  全部
背景技术：
基于三族氮化物宽禁带半导体材料的紫外发光二极管(UV-LED)在杀菌消毒、聚合 物固化、生化探测、非视距通讯及特种照明等领域有着广阔的应用前景，相比于传统紫外光 源汞灯，UV-LED有着无汞环保、小巧便携、低功耗、低电压等优势。对于AlGaN基UV-LED，空穴 浓度很低，加之空穴的迁移率较低，导致空穴注入量子阱有源区的效率较低；而电子较空穴 具有较高的迁移率和较小的有效质量，尤其在大电流注入的情况下，容易克服量子阱的限 制到达p型区与空穴进行非辐射复合，所以会造成严重的电流泄漏。 如图2所示，现有技术制备的AlGaN基UV-LED，包括由上至下依次设置的衬底201、 低温AlN成核层202、高温AlN中间层203、非掺杂AlGaN缓冲层204、n型AlGaN层205、Alx1Ga1- x1N/Alx2Ga1-x2N多量子阱有源区206、金属极性面Alx3Ga1-x3N电子阻挡层207和p型AlGaN层 208，在n型AlGaN层205和p型AlGaN层208上分别设置的n型欧姆电极209和p型欧姆电极210， 其中金属极性面p型AlGaN电子阻挡层208具有较高的价带势垒，阻挡空穴注入到多量子阱 有源区；由于最后一个量子阱势垒与电子阻挡层之间存在的较大晶格失配所产生的较大压 电极化电场的影响，会造成异质结界面处的能带发生弯曲，因而会进一步阻挡空穴的注入。 为了有效地减少电子泄漏，同时提高空穴的注入效率，有研究者提出以Al组分渐 变的AlGaN电子阻挡层、p型超晶格结构电子阻挡层等代替现有技术的单一Al组分的金属极 性面p型AlGaN电子阻挡层，但仍然无法满意地解决以下问题：1)电子阻挡层对电子阻挡效 果越明显，空穴注入效率越低；2)电子阻挡层与多量子阱有源区之间的晶格失配较大，造成 异质结界面处的能带发生弯曲的同时也容易引起位错缺陷的产生；3)多量子阱有源区内仍 存在较大的极化电场，使得载流子在有源区的分布不均匀。本研究小组曾利用氮极性面氮 化物与金属极性面氮化物极化方向相反的特点提出一种复合极性面电子阻挡层(张雄，王 南，崔一平，一种具有复合极性面电子阻挡层的发光二极管，中国发明专利号： ZL201610327873.2)，以在获得较高的有效电子势垒的同时，尽量降低有效空穴势垒，从而 提高空穴的注入效率和LED的发光效率。但是，仅凭单纯的复合极性面电子阻挡层并不能增 加空穴浓度。而一般而言，电子阻挡层内的空穴浓度越高，费米能级越靠近价带，电子阻挡 层的电子势垒高度越高，而价带势垒越低，从而可以获得更好的电子阻挡效果和更高的p型 区域的空穴注入效率。但是，单纯依靠增加Mg的掺杂浓度来提高空穴浓度会导致晶体质量 的严重下降，进而影响UV-LED的发光效率。因此，设计和制备更加合理有效的电子阻挡层结 构对提高AlGaN基UV-LED的发光效率具有重要的意义。
技术实现要素：
发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种具有极化掺杂复合极性面电子 3 CN 111599903 A 说　明　书 2/3 页 阻挡层的紫外LED，提高空穴的注入效率以及电子与空穴的辐射复合效率，进而提高紫外 LED的发光效率。 技术方案：本发明提出了一种具有极化掺杂复合极性面电子阻挡层的紫外LED，包 括由下至上依次设置的衬底、低温AIN成核层、高温AlN中间层、非掺杂AlGaN缓冲层、n型 AlGaN层、Alx1Ga1-x1N/Alx2Ga1-x2N多量子阱有源区、极化掺杂复合极性面电子阻挡层和p型 Alx5Ga1-x5N层，所述n型AlGaN层上设置n型欧姆电极，所述p型Alx5Ga1-x5N层上设置p型欧姆电 极，所述极化掺杂复合极性面电子阻挡层包括由下至上设置的氮极性面p型Alx3Ga1-x3N电子 阻挡层和金属极性面p型Alx4Ga1-x4N电子阻挡层，其中0≤x1＜x2，x5≤x3，x4＜1，除氮极性 面p型Alx3Ga1-x3N电子阻挡层外其余外延层皆为金属极性。 所述氮极性面p型Alx3Ga1-x3N层电子阻挡层的厚度为10～30nm，Al组分x3沿生长方 向线性增大，且x2≤x3＜1。 所述金属极性面p型Alx4Ga1-x4N电子阻挡层的厚度为10～30nm，Al组分x4沿生长方 向线性减小，且x5≤x4＜1。 所述衬底为外延生长出极性、半极性GaN基材料的蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氮 化镓和氮化铝衬底中的任意一种。 所述低温AlN成核层的厚度为5～30nm，高温AlN中间层的厚度为50～2000nm，非掺 杂AlGaN缓冲层的厚度为50～2000nm，n型AlGaN层的厚度为200～5000nm，Alx1Ga1-x1N/ Alx2Ga1-x2N多量子阱有源区结构中的Alx1Ga1-x1N量子阱的阱宽为1～10nm，Alx2Ga1-x2N势垒的 厚度为1～20nm，重复周期数为1～20，p型Alx5Ga1-x5N层的厚度为50～500nm。 所述n型AlGaN层使用Si进行掺杂，电子浓度为1×1017～1×1020cm-3；所述极化掺 杂复合极性面电子阻挡层使用Mg进行掺杂，空穴浓度为1×1017～1×1019cm-3；所述p型 Alx5Ga1-x5N层使用Mg进行掺杂，空穴浓度为1×1017～1×1019cm-3。 有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是： 1、本发明的极化掺杂复合极性面电子阻挡层由氮极性面p型Alx3Ga1-x3N电子阻挡 层和金属极性面p型Alx4Ga1-x4N电子阻挡层所构成，利用极化掺杂产生的三维空穴气能够增 加复合极性面电子阻挡层中的空穴浓度，在导带形成较高电子势垒的同时降低价带势垒高 度，有利于p型Alx5Ga1-x5N层的空穴注入到多量子阱有源区，也避免了过高的Mg掺杂浓度引 起的晶体质量下降，因而极大地提高UV-LED的发光效率； 2、本发明的Al组分x3沿生长方向线性递增的氮极性面p型Alx3Ga1-x3N电子阻挡层 在进行极化掺杂的同时，又能够减小多量子阱有源区与电子阻挡层之间的晶格失配，从而 减弱有源区最后一个量子势垒中的压电极化电场，有助于减小异质结界面处的能带弯曲程 度，因此既有利于空穴注入有源区，也能够减少位错缺陷的产生，提高外延层的晶体质量； 3、本发明中氮极性面p型Alx3Ga1-x3N电子阻挡层内的极化电场方向与金属极性面 多量子阱有源区的极化电场方向相反，减小有源区多量子阱的能带倾斜程度，增加多量子 阱中的电子与空穴的波函数在空间上的重叠程度，显著提高电子与空穴的辐射复合效率， 进而提升UV-LED的发光效率。 附图说明 图1为本发明的具有极化掺杂复合极性面电子阻挡层的UV-LED的断面层结构示意 4 CN 111599903 A 说　明　书 3/3 页 图； 图2为现有技术制备的具有金属极性面AlGaN电子阻挡层的UV-LED的断面层结构 示意图。