一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED及其制备方法技术

技术编号:19431863 阅读:93 留言:0更新日期:2018-11-14 11:57
本发明专利技术公开了一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED及其制备方法,紫外LED包括衬底、自下至上依次生长在衬底上的一维AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、GaN层、n‑GaN层、一维GaN/InGaN超晶格层、一维InGaN/AlGaN多量子阱层、电子阻挡层、p‑GaN层;所述一维AlN缓冲层、一维GaN/InGaN超晶格层及一维InGaN/AlGaN量子阱层均由一维材料生长而成。本发明专利技术充分利用一维材料相对于薄膜材料的优势,在特定层用一维材料代替薄膜材料,“过滤”量子阱前段产生的内应力,以降低量子阱层中的内应力与缺陷密度、提高量子阱层中电子与空穴的有效复合效率,从而提高紫外LED的光效。

【技术实现步骤摘要】
一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED及其制备方法
本专利技术涉及一种半导体光电子技术,尤其涉及一种一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED及其制备方法。
技术介绍
发光二极管(light-emittingdiode,LED)因具有高效、节能环保、长寿命、体积小等优点,有望代替传统的白炽灯、荧光灯及气体放电灯成为新一代的照明光源,引起了产业及科研领域的广泛关注。自1962年第一只LED诞生至今,LED的各方面性能都得到了极大的提升,应用领域也越来越广。紫外LED是发射紫外光的二极管,发光中心波长在400nm以下。紫外LED(UVLED)主要应用在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、计算机数据存储和军事等方面。美国、日本、韩国、中国台湾等无不投入巨大的力量以求占据行业的制高点。与蓝光LED不同,目前紫外LED正处于技术发展期,在专利和知识产权方面的限制较少,利于占领、引领未来的技术制高点。国内在紫外LED设备、材料与其器件方面都有了一定的积累,目前正在积极的向应用模块发展。但紫外LED技术面临的首要问题是其光效低,如何有效提高LED的光效成为大家关注的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本专利技术的目的之一在于提供一种一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED。本专利技术的目的之二在于提供一种一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED的制备方法。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现:一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED,包括衬底、自下至上依次生长在衬底上的AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、GaN层、n-GaN层、GaN/InGaN超晶格层、一维InGaN/AlGaN多量子阱层、电子阻挡层、p-GaN层;所述一维InGaN/AlGaN量子阱层均由一维材料生长而成。进一步地,所述衬底为蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO、LiGaO2、LaSrAlTaO6、Al、Cu中的一种。进一步地,所述AlN缓冲层为一维AlN缓冲层,AlN缓冲层的材料是一维AlN材料。进一步地,所述GaN/InGaN超晶格层为一维GaN/InGaN超晶格层,GaN/InGaN超晶格层的材料由一维GaN材料和一维InGaN材料组成。进一步地,所述一维InGaN/AlGaN量子阱层的材料是一维InGaN材料和一维AlGaN材料组成。进一步地,所述电子阻挡层为AlGaN电子阻挡层、InAlN电子阻挡层或AlInGaN电子阻挡层中的一种。进一步地,所述一维InGaN/AlGaN多量子阱层为3-10个周期的InGaN阱层/AlGaN垒层,每个周期势阱层的厚度为0-8nm,势垒层的厚度为8-20nm。进一步地,所述AlN缓冲层的厚度为100-250nm;所述AlGaN缓冲层的厚度为400-500nm;所述GaN层的厚度为500-1500nm;所述n-GaN层的厚度为1500-3000nm;所述GaN/InGaN超晶格层为2-5个周期交错层叠的5-20nm的GaN层和2-10nm厚的InGaN层;所述电子阻挡层的厚度为15-30nm;所述p-GaN层的厚度为200-350nm。本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现:一种一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED的制备方法,包括如下步骤:一维AlN缓冲层的制备:采用金属有机物化学气相沉积法,将反应室温度保持为950℃,气压保持为200-400Torr,通入氨气、氢气、三甲基铝,控制氨气含量在150-300sccm,金属源流量在150-250sccm,在衬底上生长一维AlN缓冲层;AlGaN缓冲层的制备:采用金属有机物化学气相沉积法,通过常规工艺,在一维AlN缓冲层上生长AlGaN缓冲层;GaN层的制备:采用金属有机物化学气相沉积法,通过常规工艺,在AlGaN缓冲层上生长GaN层;n-GaN层的制备:采用金属有机物化学气相沉积法,通过常规工艺,在GaN层上生长n-GaN层;一维GaN/InGaN超晶格层的制备:采用金属有机物化学气相沉积法,将反应室温度保持为850-950℃,气压保持为200-400Torr,通入氨气、氮气和金属源,控制氨气含量在150-300sccm,金属源流量在150-250sccm,在n-GaN层上生长以2~5个周期交错层叠的GaN层和InGaN层;一维InGaN/AlGaN多量子阱层的制备:采用金属有机物化学气相沉积法,将反应室温度保持为650-1000℃,气压保持为200-300Torr,通入氨气、氮气、和金属源,控制氨气含量在150-300sccm,金属源流量在150-250sccm,在一维GaN/InGaN超晶格层上生长以3~10个周期交错层叠的一维InGaN阱层和一维AlGaN垒层;电子阻挡层的制备:采用金属有机物化学气相沉积法,通过常规工艺,在一维InGaN/AlGaN多量子阱层上生长电子阻挡层;p-GaN层的制备:采用金属有机物化学气相沉积法,通过常规工艺,在电子阻挡层上p-GaN层。进一步地,所述一维AlN缓冲层的厚度为100-250nm;所述AlGaN缓冲层的厚度为400-500nm;所述GaN层的厚度为500-1500nm;所述n-GaN层的厚度为1500-3000nm;所述一维GaN/InGaN超晶格层为2-5个周期交错层叠的5-20nm的GaN层和2-10nm厚的InGaN层;所述一维InGaN/AlGaN多量子阱层为3-10个周期的InGaN阱层/AlGaN垒层,每个周期势阱层的厚度为0-8nm,势垒层的厚度为8-20nm;所述电子阻挡层的厚度为15-30nm;所述p-GaN层的厚度为200-350nm。相比现有技术,本专利技术的有益效果在于:InGaN/AlGaN多量子阱层是紫外LED外延片的核心,制备高质量InGaN/GaN多量子阱是高效紫外LED外延片的基础,本专利技术采用一维InGaN/AlGaN材料作为多量子阱层,因一维材料在二维方向上对电子、空穴和光子具有限制作用,而且比表面积大,可提高量子阱层中电子和空穴的有效复合效率,从而提高光效。另外,采用一维AlN材料作为缓冲层,因一维材料与衬底接触面积小,可最大程度减小与衬底的晶格失配与热失配对后续生长的影响;采用一维GaN/InGaN材料作为超晶格层,因一维材料易横向驰豫,可进一步“过滤”由底层产生的内应力,从而减小后续量子阱生长过程中产生的内应力和缺陷密度;同时,采用一维InGaN/AlGaN材料作为多量子阱层,因一维材料在二维方向上对电子、空穴和光子具有限制作用,而且比表面积大,可提高量子阱层中电子和空穴的有效复合效率,从而提高光效。综上,本专利技术充分利用一维材料相对于薄膜材料的优势,在特定层用一维材料代替薄膜材料,“过滤”量子阱前段产生的内应力,以降低量子阱层中的内应力与缺陷密度、提高量子阱层中电子与空穴的有效复合效率,从而提高紫外LED的光效。在制备一维材料的工艺中,影响一维材料生产的主要因素包括:氨气流量、气压、金属源流量等。现有常规的工艺条件(氨气的流量30-130sccm、气压大小40-150Torr、金属源流量300-400sccm)不能生产出一维材料,本专利技术改进加工条件:氨气的含量150-300sccm、气压大小200-400To本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED,其特征在于,包括衬底、自下至上依次生长在衬底上的AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、GaN层、n‑GaN层、GaN/InGaN超晶格层、一维InGaN/AlGaN多量子阱层、电子阻挡层、p‑GaN层;所述一维InGaN/AlGaN量子阱层均由一维材料生长而成。

【技术特征摘要】
1.一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED,其特征在于,包括衬底、自下至上依次生长在衬底上的AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、GaN层、n-GaN层、GaN/InGaN超晶格层、一维InGaN/AlGaN多量子阱层、电子阻挡层、p-GaN层;所述一维InGaN/AlGaN量子阱层均由一维材料生长而成。2.如权利要求1所述的一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED,其特征在于,所述衬底为蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO、LiGaO2、LaSrAlTaO6、Al、Cu中的一种。3.如权利要求1所述的一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED,其特征在于,所述AlN缓冲层为一维AlN缓冲层,AlN缓冲层的材料是一维AlN材料。4.如权利要求1所述的一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED,其特征在于,所述GaN/InGaN超晶格层为一维GaN/InGaN超晶格层,GaN/InGaN超晶格层的材料由一维GaN材料和一维InGaN材料组成。5.如权利要求1所述的一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED,其特征在于,所述一维InGaN/AlGaN量子阱层的材料是一维InGaN材料和一维AlGaN材料组成。6.如权利要求1项所述的一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED,其特征在于,所述电子阻挡层为AlGaN电子阻挡层、InAlN电子阻挡层或AlInGaN电子阻挡层中的一种。7.如权利要求1-6任一项所述的一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED,其特征在于,所述一维InGaN/AlGaN多量子阱层为3-10个周期的InGaN阱层/AlGaN垒层,每个周期势阱层的厚度为0-8nm,势垒层的厚度为8-20nm。8.如权利要求7所述的一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED,其特征在于,所述AlN缓冲层的厚度为100-250nm;所述AlGaN缓冲层的厚度为400-500nm;所述GaN层的厚度为500-1500nm;所述n-GaN层的厚度为1500-3000nm;所述GaN/InGaN超晶格层为2-5个周期交错层叠的5-20nm的GaN层和2-10nm厚的InGaN层;所述电子阻挡层的厚度为15-30nm;所述p-GaN层的厚度为200-350nm。9.一种一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED的制备方法,其特征在于,...

【专利技术属性】
技术研发人员:李国强
申请(专利权)人:河源市众拓光电科技有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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