一种深紫外LED外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种深紫外LED外延结构及其制备方法。它包括衬底，所述衬底上生长成核层，成核层上生长缓冲层，所述缓冲层上依次生长有n型AlGaN层、周期性结构AlaGa1‑aN/GaN电流扩展层、周期性结构AlbGa1‑bN/AlcGa1‑cN发光层、周期性结构AlN/AldGa1‑dN阻挡层、周期性结构AleGa1‑eN/GaN阻挡层和p型GaN层；所述AleGa1‑eN/GaN阻挡层8中AleGa1‑eN层为非故意掺杂层，GaN层为掺Mg层。本发明专利技术采用周期性结构AleGa1‑eN/GaN阻挡层，AleGa1‑eN为非故意掺杂层，GaN层为Mg掺杂层，利用Mg的记忆效应和空穴的隧穿，顺利将空穴引入发光层，既保证了阻挡层可以将电子限制在发光层中，还保证了阻挡层的晶体质量，发光效率更高。

Deep ultraviolet LED epitaxial structure and preparation method thereof

The invention discloses a deep ultraviolet LED epitaxial structure and a preparation method thereof. It includes a substrate, the substrate nucleation layer, a buffer layer growth of the core layer, the buffer layer in turn on the growth of N type AlGaN layer, periodic structure AlaGa1 aN/GaN current spreading layer and periodic structure of AlbGa1 bN/AlcGa1 cN luminescent layer, periodic structure of AlN/AldGa1 barrier layer, dN the periodic structure of AleGa1 eN/GaN barrier layer and the P type GaN layer; the AleGa1 eN/GaN barrier layer 8 AleGa1 eN layer nonintentionally doped layer, GaN layer doped Mg layer. The invention adopts the periodic structure of AleGa1 eN/GaN AleGa1 eN as the barrier layer, nonintentionally doped layer, GaN layer of Mg doped layer, using Mg memory effect and hole tunneling, smooth hole into the light emitting layer ensures that the barrier layer can confine electrons in the emissive layer, but also guarantee the barrier the quality of crystal layer, higher luminous efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种深紫外LED外延结构及其制备方法
本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种深紫外LED外延结构及其制备方法，特别涉及一种发光波长在265nm左右的紫外LED。
技术介绍
波长100nm到280nm之间的光波属深紫外光，这个波段的深紫外光源在特殊照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大应用价值。GaN的禁带宽度为3.4eV，AlN的禁带宽度为6.2eV，理论上GaN掺Al形成的AlGaN材料可以制作成发光波长在200nm到365nm的紫外LED。杀菌效果最好的波段为265nm左右，峰值波长短于270nm的LED，AlGaN中的Al组分要求较高，较高晶体质量的高Al组分AlGaN材料一般都存在较大的缺陷和位错密度，高质量P型AlGaN制作困难，这些问题严重制约了AlGaN深紫外LED的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述
技术介绍
存在的不足，提供一种深紫外LED外延结构及其制备方法。本专利技术采用的技术方案是：一种深紫外LED外延结构，包括透明的衬底，所述衬底上生长成核层，成核层上生长缓冲层，所述缓冲层上依次生长有n型AlGaN层、周期性结构AlaGa1-aN/GaN电流扩展层、周期性结构AlbGa1-bN/AlcGa1-cN发光层、周期性结构AlN/AldGa1-dN阻挡层、周期性结构AleGa1-eN/GaN阻挡层和p型GaN层；所述AleGa1-eN/GaN阻挡层中AleGa1-eN层为非故意掺杂层，GaN层为掺Mg层。进一步地，所述AlGaN层为掺Si层，Si掺杂浓度为1*1018/cm3量级，Al组分为0.2-0.6，厚度为0.5um-4um。进一步地，所述AlaGa1-aN/GaN电流扩展层的首层为垒材料AlaGa1-aN层，其次为阱材料GaN层，接着重复周期垒材料AlaGa1-aN层、阱材料GaN层，最后一层为垒材料AlaGa1-aN层；AlaGa1-aN/GaN电流扩展层总厚度为30-500nm，每层垒材料AlaGa1-aN层和阱材料GaN层的厚度均为2-3nm。进一步地，所述AlbGa1-bN/AlcGa1-cN发光层的首层为垒材料AlcGa1-cN层，其次为阱材料AlbGa1-bN层，接着重复周期垒材料AlcGa1-cN层、阱材料AlbGa1-bN层，最后一层为垒材料AlcGa1-cN层；AlbGa1-bN/AlcGa1-cN发光层的总厚度为20-200nm，每层垒材料AlcGa1-cN层和阱材料AlbGa1-bN层的厚度均为2-3nm。进一步地，所述AlN/AldGa1-dN阻挡层的首层为垒材料AlN层，其次为阱材料AldGa1-dN层，接着重复周期垒材料AlN层、阱材料AldGa1-dN层，最后一层为垒材料AlN层或阱材料AldGa1-dN层；AlN/AldGa1-dN阻挡层的总厚度为5-30nm，每层垒材料AlN层和阱材料AldGa1-dN层的厚度均为1-2nm。AlN/AldGa1-dN阻挡层主要是针对电子提供一个高能带，防止电子遂穿PN节形成暗电流，同时又要不影响空穴注入到发光层中，所以能带要高，厚度要适中。进一步地，所述AleGa1-eN/GaN阻挡层的首层为垒材料AleGa1-eN层，其次为阱材料GaN层，接着重复周期垒材料AleGa1-eN层、阱材料GaN层，最后一层为阱材料GaN层；AleGa1-eN/GaN阻挡层的总厚度为10-100nm，每层垒材料AleGa1-eN层和阱材料GaN层的厚度均为1-2nm。AleGa1-eN/GaN阻挡层起着防止电子遂穿，同时提高空穴的作用；AlGaN层需要在高温、低压下晶体质量才可生长得较好，更高压强、较低温度下Mg掺杂效率才会更高更均匀。进一步地，所述AleGa1-eN/GaN阻挡层(8)中GaN层的Mg掺杂浓度为1*1019/cm3量级。进一步地，所述0.4≤a≤1、0≤b<c≤1、0<d<1、0.5<e≤1。更进一步地，所述AlbGa1-bN/AlcGa1-cN发光层、AleGa1-eN/GaN阻挡层和AlN/AldGa1-dN阻挡层的禁带宽度依次增大。一种深紫外LED外延结构的制备方法，制备过程为：在透明的衬底上生长成核层，在成核层上生长缓冲层，所述缓冲层上依次生长n型AlGaN层、周期性结构AlaGa1-aN/GaN电流扩展层、周期性结构AlbGa1-bN/AlcGa1-cN发光层、周期性结构AlN/AldGa1-dN阻挡层、周期性结构AleGa1-eN/GaN阻挡层和p型GaN层；所述AleGa1-eN/GaN阻挡层(8)中AleGa1-eN层为非故意掺杂层，生长压力为10-50mbar、生长温度为1200-2000℃；AleGa1-eN/GaN阻挡层(8)中GaN层为掺Mg层，Mg掺杂浓度为1*1019/cm3量级，生长压力为200-400mbar、生长温度为500-950℃。本专利技术实现了发光峰值波长在265nm的深紫外LED外延结构制作；采用周期性结构AleGa1-eN/GaN阻挡层，AleGa1-eN为低反应室压力、高温生长的非故意掺杂层，GaN层是更高压力、低温生长的Mg掺杂层，利用Mg的记忆效应和空穴的隧穿，顺利将空穴引入发光层，既保证了阻挡层可以将电子限制在发光层中，还保证了阻挡层8的晶体质量，发光效率更高。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为采用本专利技术制成的LED结构示意图。图3为采用本专利技术制成的LED的发光谱的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，便于清楚地了解本专利技术，但它们不对本专利技术构成限定。如图1所示，本专利技术外延结构是基于MOCVD依次在衬底材料上生长的，具体为：在透明的衬底上生长成核层2，生长温度为950℃，生长压力为50mbar；成核层2为GaN、AlN或AlGaN，厚度为10nm-50nm，本实施例厚度为15nm。衬底可以是蓝宝石、AlN、GaN等。成核层上生长缓冲层3，生长温度为1200℃，生长压力为100mbar；缓冲层3为非故意掺杂u型AlGaN，Al组分为0.2-0.6，厚度为1um-5um，本实施例Al组分为0.25，厚度为4um。缓冲层上生长n型AlGaN层4，生长温度为1250℃，生长压力为100mbar；AlGaN层4为掺Si层，Si掺杂浓度为1*1018/cm3量级，Al组分为0.2-0.6，厚度为0.5um-4um，本实施例Al组分为0.25，厚度为1um。n型AlGaN层4上生长周期性结构AlaGa1-aN/GaN电流扩展层5，生长温度1400℃，生长压力为50mbar，0.4≤a≤1，本实施例a＝0.65；AlaGa1-aN/GaN电流扩展层5的首层为垒材料AlaGa1-aN层，其次为阱材料GaN层，接着重复周期垒材料AlaGa1-aN层、阱材料GaN层，最后一层为垒材料AlaGa1-aN层；AlaGa1-aN/GaN电流扩展层5总厚度为30-500nm，本实施例厚度为100nm；每层垒材料AlaGa1-aN层和阱材料GaN层的厚度均为2-3nm，本实施例每层垒材料AlaGa1-aN层和阱材料GaN层的厚度分别为2nm、3nm。电流扩展层5上生长周期性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深紫外LED外延结构，其特征在于：包括透明的衬底(1)，所述衬底上生长成核层(2)，成核层上生长缓冲层(3)，所述缓冲层上依次生长有n型AlGaN层(4)、周期性结构AlaGa1‑aN/GaN电流扩展层(5)、周期性结构AlbGa1‑bN/AlcGa1‑cN发光层(6)、周期性结构AlN/AldGa1‑dN阻挡层(7)、周期性结构AleGa1‑eN/GaN阻挡层(8)和p型GaN层(9)；所述AleGa1‑eN/GaN阻挡层(8)中AleGa1‑eN层为非故意掺杂层，GaN层为掺Mg层。

【技术特征摘要】
1.一种深紫外LED外延结构，其特征在于：包括透明的衬底(1)，所述衬底上生长成核层(2)，成核层上生长缓冲层(3)，所述缓冲层上依次生长有n型AlGaN层(4)、周期性结构AlaGa1-aN/GaN电流扩展层(5)、周期性结构AlbGa1-bN/AlcGa1-cN发光层(6)、周期性结构AlN/AldGa1-dN阻挡层(7)、周期性结构AleGa1-eN/GaN阻挡层(8)和p型GaN层(9)；所述AleGa1-eN/GaN阻挡层(8)中AleGa1-eN层为非故意掺杂层，GaN层为掺Mg层。2.根据权利要求1所述的深紫外LED外延结构，其特征在于：所述AlGaN层(4)为掺Si层，Si掺杂浓度为1*1018/cm3量级，Al组分为0.2-0.6，厚度为0.5um-4um。3.根据权利要求1所述的深紫外LED外延结构，其特征在于：所述AlaGa1-aN/GaN电流扩展层(5)的首层为垒材料AlaGa1-aN层，其次为阱材料GaN层，接着重复周期垒材料AlaGa1-aN层、阱材料GaN层，最后一层为垒材料AlaGa1-aN层；AlaGa1-aN/GaN电流扩展层(5)总厚度为30-500nm，每层垒材料AlaGa1-aN层和阱材料GaN层的厚度均为2-3nm。4.根据权利要求1所述的深紫外LED外延结构，其特征在于：所述AlbGa1-bN/AlcGa1-cN发光层(6)的首层为垒材料AlcGa1-cN层，其次为阱材料AlbGa1-bN层，接着重复周期垒材料AlcGa1-cN层、阱材料AlbGa1-bN层，最后一层为垒材料AlcGa1-cN层；AlbGa1-bN/AlcGa1-cN发光层(6)的总厚度为20-200nm，每层垒材料AlcGa1-cN层和阱材料AlbGa1-bN层的厚度均为2-3nm。5.根据权利要求1所述的深紫外LED外延结构，其特征在于：所述AlN/AldGa1-dN阻挡层(7)的首层为垒材料AlN层，其次为阱材料AldGa1-dN层，接着重复周期垒材料AlN层、阱材料AldGa1-dN层，最后一层为垒材料Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙卿，汤磊，罗邵军，杨福华，
申请(专利权)人：中蕊武汉光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42