具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED及制备方法，该深紫外LED包括蓝宝石衬底、AlN本征层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、啁啾超晶格最终势垒层、电子阻挡层、P型AlGaN注入层和P型GaN接触层；所述啁啾超晶格最终势垒层为厚度啁啾且由若干Al

Deep UV LED with final barrier structure of chirped superlattice and its preparation

【技术实现步骤摘要】
具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED及制备方法
本专利技术涉及半导体光电领域，特别是一种具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED及制备方法。
技术介绍
Ⅲ族氮化物作为宽禁带半导体材料中的杰出代表，已经实现了高效的蓝绿光发光二极管(全称light-emittingdiodes，简称LED)、激光器等固态光源器件，其在平板显示、白光照明等应用方面取得了巨大成功。近十年来，人们期望将这种高效的发光材料应用于紫外波段，以满足日益增长的紫外光源需求。紫外波段根据其生物效应通常可分为：长波紫外(即UVA，波长为320～400nm)、中波紫外(即UVB，波长为280～320nm)、短波紫外(即UVC，波长为200～280nm)以及真空紫外(即VUV，波长为10～200nm)。紫外线虽然不能被人类眼睛所感知，但其应用却非常广泛。长波紫外光源在医学治疗、紫外固化、紫外光刻、信息存储、植物照明等领域有着巨大的应用前景；而深紫外光包含中波紫外和短波紫外，则在杀菌消毒、水净化、生化探测、非视距通信等方面有着不可替代的作用。目前，传统紫外光源主要是汞灯，具有体积大、功耗高、电压高、污染环境等缺点，不利于其在日常生活及特殊环境下的应用。因此，人们迫切希望研制出一种高效的半导体紫外光源器件以替代传统的汞灯。现有研究表明Ⅲ族氮化物中的AlGaN是制备半导体紫外光源器件的最佳候选材料，AlGaN基紫外LED具有无毒环保、小巧便携、低功耗、低电压、易集成、寿命长、波长可调等诸多优势，有望在未来几年取得突破性进展以及广泛应用，并逐步取代传统紫外汞灯。目前，AlxGa1-xN材料的禁带宽度可通过改变Al组分实现从3.4eV(GaN)到6.2eV(AlN)范围内的连续可调，能够实现从365nm到200nm光谱范围内的发光。其中，GaN的带边发光波长约为360nm，通常作为氮化物紫外发光二极管(全称Ultravioletlight-emittingdiodes,简称UV-LED)发光波段的一个划分标志。发光波长大于360nm的UV-LED的有源区采用和蓝光LED类似的GaN/InGaN量子阱(QWs)结构。其相关研究早在上世纪90年代就已开始，目前已成功商业化，外量子效率(EQE)也已超过40％，达到了与蓝光LED相比拟的水平。相比之下，发光波长小于360nm的UVLED则主要采用AlGaN量子阱结构作为有源区，其量子效率远没有这么令人满意。导致高Al组分AlGaN基深紫外LED效率偏低的一个主要原因是存在明显的电子溢流效应，来源于电子注入层的电子越过电子阻挡层至p型层，造成了p型层发光，降低了内量子效率。故需要提出一种新的紫外LED方案用于解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED及制备方法，用于解决现有技术中由于电子溢流效应而导致深紫外LED效率低的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供的第一解决方案为：一种具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED，包括蓝宝石衬底、AlN本征层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、啁啾超晶格最终势垒层、电子阻挡层、P型AlGaN注入层和P型GaN接触层；于蓝宝石衬底上依次沉积AlN本征层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、啁啾超晶格最终势垒层、电子阻挡层、P型AlGaN注入层和P型GaN接触层；啁啾超晶格最终势垒层为厚度啁啾且由若干AlaGa1-aN层和若干AlbGa1-bN层周期交替组成的超晶格结构。其中，啁啾超晶格最终势垒层中包含由AlaGa1-aN层和AlbGa1-bN层组成的n个周期，n≥1；在n＝1的周期中，AlaGa1-aN层和AlbGa1-bN层的厚度分别为x和y；沿量子阱有源层至电子阻挡层的方向上，在AlaGa1-aN层和AlbGa1-bN层组成的n个周期中，AlaGa1-aN层和AlbGa1-bN层的厚度分别为x±n·t和y±n·t，其中t满足0.1nm≤t≤10nm。优选的，AlaGa1-aN层为单一AlaGa1-aN组分的单层结构，AlbGa1-bN层为单一AlbGa1-bN组分的单层结构，且a和b满足0.4＜a＜b＜1。优选的，AlaGa1-aN层为组分渐变式单层结构且Al组分参数a由数值c线性渐变至d，AlbGa1-bN层为单一AlbGa1-bN组分的单层结构，其中b、c和d满足0.4＜c＜d＜b＜1。优选的，AlaGa1-aN层为单一AlaGa1-aN组分的单层结构，AlbGa1-bN层为组分渐变式单层结构且Al组分参数b由数值e线性渐变至f，其中a、e和f满足0.4＜a＜f＜e＜1。优选的，AlaGa1-aN层为组分渐变式单层结构且Al组分参数a由数值g线性渐变至h，AlbGa1-bN层为组分渐变式单层结构且Al组分参数b由数值j线性渐变至k，其中g、h和k满足0.4＜g＜h＜j＜k＜1。优选的，P型AlGaN注入层和P型GaN接触层中所采用的掺杂剂为Mg。为解决上述技术问题，本专利技术提供的第二解决方案为：一种具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED制备方法，其特征在于，具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED制备方法采用金属有机化学气相沉积法制备前述第一解决方案中任一具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED。其中，具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED制备方法步骤包括：在400～800℃条件下，于蓝宝石衬底上生长AlN本征层中的缓冲层，厚度为10～50nm；升温至1200～1400℃，于AlN本征层中的缓冲层上生长AlN本征层，AlN本征层的总厚度为500～4000nm；降温至800～1200℃，于AlN本征层上生长n型AlGaN层，其中Al组分百分数为20～90％，厚度为500～4000nm；降温至700～1100℃，于n型AlGaN层上一侧依次生长电流扩展层和量子阱有源层，其中量子阱有源层的势垒厚度为5～30nm且势垒中Al组分百分数为20～100％，势阱厚度为0.1～5nm且势阱中Al组分百分数为0～80％；在700～1100℃条件下，于的量子阱有源层上生长啁啾超晶格最终势垒层，啁啾超晶格最终势垒层为厚度啁啾且由若干AlaGa1-aN层和若干AlbGa1-bN层周期交替组成的超晶格结构，且a＜b，其中AlbGa1-bN层的厚度为0.1～5nm且0.2＜b＜1，AlaGa1-aN层的厚度为0.1～5nm且0＜a＜0.8；在700～1100℃条件下，于啁啾超晶格最终势垒层上生长电子阻挡层，厚度为5～50nm，Al组分百分数为30～100％；在700～1100℃条件下，于电子阻挡层上生长p型AlGaN注入层，Al组分百分数为0-100％，厚度为1～50nm，并采用Mg作为p型掺杂剂；在400～900℃条件下，于p型AlGaN注入层上生长p型GaN接触层，厚度为1～20nm，并采用Mg作为p型掺杂剂。本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术提供一种具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED及制备方法，通过引入啁啾超晶格最终势本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED，其特征在于，包括蓝宝石衬底、AlN本征层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、啁啾超晶格最终势垒层、电子阻挡层、P型AlGaN注入层和P型GaN接触层；/n于所述蓝宝石衬底上依次沉积所述AlN本征层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、啁啾超晶格最终势垒层、电子阻挡层、P型AlGaN注入层和P型GaN接触层；/n所述啁啾超晶格最终势垒层为厚度啁啾且由若干Al

【技术特征摘要】
1.一种具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED，其特征在于，包括蓝宝石衬底、AlN本征层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、啁啾超晶格最终势垒层、电子阻挡层、P型AlGaN注入层和P型GaN接触层；
于所述蓝宝石衬底上依次沉积所述AlN本征层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、啁啾超晶格最终势垒层、电子阻挡层、P型AlGaN注入层和P型GaN接触层；
所述啁啾超晶格最终势垒层为厚度啁啾且由若干AlaGa1-aN层和若干AlbGa1-bN层周期交替组成的超晶格结构。


2.根据权利要求1中所述的具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED，其特征在于，所述啁啾超晶格最终势垒层中包含由所述AlaGa1-aN层和AlbGa1-bN层组成的n个周期，n≥1；
在n＝1的周期中，AlaGa1-aN层和AlbGa1-bN层的厚度分别为x和y；
沿所述量子阱有源层至所述电子阻挡层的方向上，在所述AlaGa1-aN层和AlbGa1-bN层组成的n个周期中，所述AlaGa1-aN层和AlbGa1-bN层的厚度分别为x±n·t和y±n·t，其中t满足0.1nm≤t≤10nm。


3.根据权利要求2中所述的具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED，其特征在于，所述AlaGa1-aN层为单一AlaGa1-aN组分的单层结构，AlbGa1-bN层为单一AlbGa1-bN组分的单层结构，且a和b满足0.4＜a＜b＜1。


4.根据权利要求2中所述的具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED，其特征在于，所述AlaGa1-aN层为组分渐变式单层结构且Al组分参数a由数值c线性渐变至d，所述AlbGa1-bN层为单一AlbGa1-bN组分的单层结构，其中b、c和d满足0.4＜c＜d＜b＜1。


5.根据权利要求2中所述的具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED，其特征在于，所述AlaGa1-aN层为单一AlaGa1-aN组分的单层结构，所述AlbGa1-bN层为组分渐变式单层结构且Al组分参数b由数值e线性渐变至f，其中a、e和f满足0.4＜a＜f＜e＜1。


6.根据权利要求2中所述的具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外LED，其特征在于，所述AlaGa1-aN层为组分渐变式单层结构且Al组分参数a...

【专利技术属性】
技术研发人员：张骏，梁仁瓅，戴江南，陈长清，
申请(专利权)人：苏州紫灿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32