一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法，包括：提供一衬底；先生长高温AlN层；然后生长低温AlN层；再生长高温AlN层；生长n型AlGaN层；生长有源层；生长p型AlGaN层。由于低温AlN层是三维小岛而不是二维薄膜，再继续生长高温AlN层，三维小岛会慢慢长大并相互吞并，在岛与岛吞并过程中，下层AlN层延伸上来的位错会被弯曲，从而增加位错相互湮灭的几率，提高上层AlN层的晶体质量，提升外延结构层材料的整体结晶质量，提升紫外LED的发光亮度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体光电子领域，具体涉及一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法。
技术介绍
随着LED应用的发展，紫外LED的市场需求越来越大，发光波长覆盖210~400nm的紫外LED，具有传统的紫外光源无法比拟的优势。紫外LED不仅可以用在照明领域，同时在生物医疗、防伪鉴定、空气，水质净化、生化检测、高密度信息储存等方面都可替代传统含有毒有害物质的紫外汞灯，在目前的LED背景下，紫外光市场前景非常广阔。目前，紫外LED外延生长技术还不够成熟，生长高性能紫外LED的材料制备困难，并且p层掺杂难度大，发光区域发光效率低下等限制，导致紫外LED芯片的发光效率不高，制备成本高，难度大，成品率低。紫外LED芯片市场潜力巨大，应用领域广阔，价格昂贵，因此如何制备结晶质量较好、高功率的紫外LED芯片，是当前亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提出一种新的紫外发光二极管外延结构及其制备方法，能够明显改善紫外LED外延生长材料的结晶质量，提升紫外LED的发光亮度。本专利技术的技术方案包括：一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法，包括以下步骤：（1）提供一衬底；（2）先生长高温AlN层；（3）然后生长低温AlN层；（4）再生长高温AlN层；（5）生长n型AlGaN层；（6）生长有源层；（7）生长p型AlGaN层。以上所称的“高温”、“低温”在本领域是具有明确意义的技术术语。基于上述基本方案，本专利技术还做如下优化限定和改进：上述步骤（2）或（4）高温AlN层的生长温度为1300℃以上，生长压力为50~200torr，厚度为0.5~3μm。上述步骤（3）低温AlN层的生长温度为600~850℃，生长压力为50~200torr，厚度为0.3~2μm。上述步骤（2）或（4）中高温AlN层的厚度为0.5~3μm。上述步骤（3）中低温AlN层的厚度为0.3~2μm。上述高温AlN层的厚度大于所述低温AlN层的厚度。上述步骤（6）有源层包括生长若干个周期的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN(x<y)量子阱，每个周期中的阱层AlxGa1-xN和垒层AlyGa1-yN的厚度分别为4nm和8nm。相应的，按照上述方法制得的外延片结构，从下至上依次包括：衬底；高温AlN层；低温AlN层；高温AlN层；n型AlGaN层；有源层以及p型AlGaN层。该外延结构也相应作如下优化限定：上述高温AlN层的厚度为0.5~3μm，低温AlN层的厚度为0.3~2μm，高温AlN层的厚度大于所述低温AlN层的厚度。上述有源层包括若干个周期的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN(x<y)量子阱，每个周期中的阱层AlxGa1-xN和垒层AlyGa1-yN的厚度分别为4nm和8nm。本专利技术具有以下有益效果：采用先外延生长高温AlN层，然后外延生长低温AlN层，由于低温AlN层是三维小岛而不是二维薄膜，再继续生长高温AlN层，三维小岛会慢慢长大并相互吞并，在岛与岛吞并过程中，底下AlN层延伸上来的位错会被弯曲，从而增加位错相互湮灭的几率，提高上层AlN层的晶体质量，提升紫外LED外延结构层材料的整体结晶质量，提升紫外LED的发光亮度。此外，藉由三维小岛在相互吞并过程中相互挤压，在一定程度上缓解薄膜的张应力，避免薄膜由于张应力过大产生裂纹。附图说明图1为本专利技术的紫外发光二极管的外延结构示意图。图示说明：100：衬底；101：高温AlN层；102：低温AlN层；103：n型AlGaN层；104：有源层；105：p型AlGaN阻挡层；106：p型AlGaN层；107：p型GaN层。具体实施方式本专利技术采用金属有机化合物化学气相沉淀（MOCVD）外延生长技术，以蓝宝石作为生长衬底，进行外延生长，采用三甲基镓（TMGa），三乙基镓（TEGa），和三甲基铟（TMIn），三甲基铝（TMAl）和氨气（NH3）硅烷（SiH4）和二茂镁（Cp2Mg）分别提供生长所需要的镓源，铟源、铝源、和氮源、硅源、镁源。如图1所示，该紫外LED外延结构的生长过程具体如下：（1）将蓝宝石作为生长衬底100特殊清洗处理后，放入MOCVD设备在1100℃烘烤10分钟。（2）升温到1350℃生长一层厚度1.5μm的高温AlN层101，生长压力为150torr。（3）降温到650℃生长一层厚度1μm的低温AlN层102，生长压力为150torr。（4）再升温到1350℃生长一层厚度1.5μm的高温AlN层101，生长压力为150torr。（5）在温度1060℃生长一层厚度500nm的掺杂硅烷的n型AlGaN层103，生长压力为200torr。（6）在氮气氛围250torr，温度1060℃条件下，生长8个周期的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN（x<y）量子阱作为有源层104，量子阱层AlxGa1-xN层和垒层AlyGa1-yN层的厚度分别为4nm和8nm。（7）在温度1000℃，生长压力为150torr，生长一层掺杂Mg的p型AlGaN阻挡层105，厚度为10nm。（8）在温度900℃，生长压力为200torr，生长一层掺杂Mg的p型AlGaN层106，厚度为20nm。（9）在温度850℃，生长压力为300torr，生长一层掺杂Mg的p型GaN层107，厚度为60nm。（10）在氮气氛围下，退火20分钟，外延生长过程结束。本实施例采用先外延生长较厚的高温AlN层，然后外延生长较薄的低温AlN层，由于低温AlN层是三维小岛而不是二维薄膜，再继续生长较厚的高温AlN层，三维小岛会慢慢长大并相互吞并，在岛与岛吞并过程中，下层AlN层延伸上来的位错会被弯曲，从而增加位错相互湮灭的几率，提高上层AlN层的晶体质量，提升外延结构层材料的整体结晶质量。此外，藉由三维小岛在相互吞并过程中相互挤压，在一定程度上缓解外延薄膜的张应力，避免外延结构薄膜由于张应力过大产生裂纹。需要说明的是，以上实施方式仅用于说明本专利技术，而并非用于限定本专利技术，本领域的技术人员，在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，可以对本专利技术做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本专利技术的范畴，本专利技术的专利保护范围应视权利要求书范围限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）提供一衬底；（2）先生长高温AlN层；（3）然后生长低温AlN层；（4）再生长高温AlN层；（5）生长n型AlGaN层；（6）生长有源层；（7）生长p型AlGaN层。

【技术特征摘要】
1.一种紫外发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）提供一衬底；
（2）先生长高温AlN层；
（3）然后生长低温AlN层；
（4）再生长高温AlN层；
（5）生长n型AlGaN层；
（6）生长有源层；
（7）生长p型AlGaN层。
2.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）或（4）中高温AlN层的生长温度为1300℃以上，生长压力为50~200torr。
3.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中低温AlN层的生长温度为600~850℃，生长压力为50~200torr。
4.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）或（4）中高温AlN层的厚度为0.5~3μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈圣昌，邓和清，卓昌正，徐宸科，
申请(专利权)人：厦门市三安光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35