紫外LED外延结构制造技术

本发明专利技术提供了一种紫外LED外延结构，包括：在生长衬底表面依次生长的应力控制层、n型电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层；其中，有源区发光层为由In

Epitaxial structure of UV LED

The invention provides a UV LED epitaxial structure, which comprises: a stress control layer, an n-type current expansion layer, an active area light-emitting layer and a p-type current expansion layer successively growing on the growing substrate surface, wherein the active area light-emitting layer is in

【技术实现步骤摘要】
紫外LED外延结构
本专利技术涉及LED
，尤其是一种紫外LED外延结构。
技术介绍
在365nm-370nm波长范围的GaN基紫外LED结构中，有源发光区一般采用多量子阱结构，其中，阱层使用InGaN材料，势垒层使用AlGaN材料，且AlGaN势垒层必须有较高的Al组分(>12％)以把载流子限制在量子阱中，提高多量子阱结构的内量子效率。但高Al组分的AlGaN势垒和InGaN量子阱之间存在较明显的晶格失配的情况，导致产生界面缺陷和粗糙的外延表面。另外，为了防止InGaN量子阱在高温下被破坏，AlGaN势垒层的生长温度一般不能太高，而低温下生长的高Al组分的AlGaN势垒中存在大量点缺陷，制约着低波段紫外LED的内量子效率。
技术实现思路
为了克服以上不足，本专利技术提供了一种紫外LED外延结构，有效解决现有紫外LED外延结构中出现的界面缺陷、AlGaN势垒中存在的晶体缺陷等技术问题。本专利技术提供的技术方案为：一种紫外LED外延结构，包括：在生长衬底表面依次生长的应力控制层、n型电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层；其中，有源区发光层为由InaGa1-aN量子阱层和GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层形成的周期性结构，周期为5～8；GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层为InbAl1-bN层和GaN层形成的周期性结构，周期为4～8，且0.01<a<0.05，0.16<b<0.18。进一步优选地，InaGa1-aN量子阱层的厚度为1～5nm，GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层的厚度为10～20nm。进一步优选地，GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层掺杂有浓度在5×1016～5×1018cm-2之间的硅。在本专利技术提供的紫外LED外延结构，以短周期的GaN/InbAl1-bN超晶格结构取代原高Al组分的AlGaN势垒层，在获得高Al组分的准AlGaN势垒的同时，有效解决了高Al组分与界面缺陷、晶体缺陷和表面形貌之间的矛盾，实现了高晶体质量紫外LED多量子阱结构，减少了紫外LED中高Al组分势垒层本身的晶体缺陷及高Al组分势垒层和InGaN量子阱之间界面缺陷的同时，提高了紫外LED的发光效率。附图说明图1为本专利技术中紫外LED外延结构示意图；图2为一实例中GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层结构示意图；图3为有源区发光层的表面AFM图片。附图标记：1-生长衬底层，2-应力控制层，3-n型电流扩展层，4-有源区发光层，5-p型电流扩展层，41-InaGa1-aN量子阱层，42-GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。如图1所示为本专利技术提供的紫外LED(发光波长365-370nm)外延结构示意图，从图中看出，该紫外LED外延结构中包括：在生长衬底(图示中，为硅衬底层1)表面依次生长的应力控制层2、n型电流扩展层3、有源区发光层4及p型电流扩展层5；其中，有源区发光层4为由InaGa1-aN量子阱层41和GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层42形成的周期性结构，周期为5～8；GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层为InbAl1-bN层和GaN层形成的周期性结构，周期为4～8，且0.01<a<0.05(根据需求的发光波长进行调整)，0.16<b<0.18(实现和GaN的晶格匹配)。在该结构中，InaGa1-aN量子阱层41的厚度为1～5nm，GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层42的厚度为10～20nm，且GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层掺杂有浓度在5×1016～5×1018cm-2之间的硅。在一实例中，如图2所示，GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层为由4个周期的InbAl1-bN层和GaN层形成的周期结构。在一实例中，使用MOCVD生长设备、选用Si(111)衬底为硅衬底层1、非掺杂AlN/AlGaN层为应力控制层2，Si掺杂的AlGaN层作为n型电流扩展层3，InaGa1-aN量子阱层和GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层组成的多量子阱结构作为有源区发光层4，Mg掺杂的AlGaN层作为p型电流扩展层5，具体：首先，将硅衬底层1放置到MOCVD反应室中，升温到1100℃，并通入H2进行高温表面清洁处理。随后，将反应室温度设定在800～1200℃，往反应室中通入三甲基铝(TMAl)、氨气(NH3)，在H2作为载气的条件下生长一层AlN，相同条件下在AlN上通过三甲基铝(TMAl)、三甲基镓(TMGa)、氨气(NH3)生长一层AlGaN，形成应力控制层2。紧接着，以硅烷(SiH4)作为掺杂剂，掺杂浓度为8×1018cm-3，生长温度在900～1100℃，实现n型电流扩展层3的生长，生长出来的n型电流扩展层3为Al组分7％的n型Al0.07Ga0.93N层，厚度3000nm。之后，反应室温度为750℃，以氮气(N2)作为载气，通入三甲基铟(TMIn)、三乙基镓(TEGa)、氨气(NH3)生长厚度为3nm的In0.02Ga0.98N量子阱层；接着将反应室温度升高到850℃，通入三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、氨气(NH3)生长厚度为1.5nm的In0.17Al0.83N层，之后在相同温度下通入三乙基镓(TEGa)、氨气(NH3)生长1nm的GaN层，In0.17Al0.83N层和GaN层中均通入硅烷(SiH4)进行掺杂，掺杂浓度2×1018cm-3。重复生长6个周期制备得到GaN/In0.17Al0.83N超晶格势垒层，及重复生长5个周期的In0.02Ga0.98N量子阱层和GaN/In0.17Al0.83N超晶格势垒层得到有源区发光层4。该量子阱结构的发光波长365nm，属于近紫外波段。最后，以H2或者N2作为载气，通入TMAl、TMGa及NH3，且以二茂镁(Cp2Mg)作为掺杂剂在外延生长温度为900℃～1000℃的条件下生长p型电流扩展层5，厚度为80nm。如图3所示为有源区发光层4的表面AFM图片，其中，图3(a)为本实例中由InaGa1-aN量子阱层和GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层形成的有源区发光层的表面AFM图片；图3(b)为现有技术中高组分AlGaN势垒层形成的有源区发光层的表面AFM图片，从图中可以看出，图3(a)相比于图3(b)表面形貌有了很明显的改。将紫外LED芯片(包括本实例中LED芯片和高Al组分LED芯片)切割成1.125*1.125mm大小，在350mA电流下进行光功率测量，本实例中LED芯片的光功率为422mW，高Al组分LED芯片的光功率为403mW，可见，使用本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外LED外延结构，其特征在于，包括：在生长衬底表面依次生长的应力控制层、n型电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层；其中，有源区发光层为由In

【技术特征摘要】
1.一种紫外LED外延结构，其特征在于，包括：在生长衬底表面依次生长的应力控制层、n型电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层；其中，有源区发光层为由InaGa1-aN量子阱层和GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层形成的周期性结构，周期为5～8；GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层为InbAl1-bN层和GaN层形成的周期性结构，周期为4～8，且0.01<a<0.05，0....

【专利技术属性】
技术研发人员：付羿，刘卫，
申请(专利权)人：晶能光电江西有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36