一种紫外LED外延片及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种紫外LED外延片及其制备方法，涉及材料化学技术领域，包括以下步骤：1)在N型AlGaN层上生长Q个量子阱结构，每个所述量子阱结构包含量子垒层和量子阱层，2≤Q≤100；2)在第Q个所述量子阱结构上生长末端量子垒层；其中，至少一个所述量子阱结构中含有Mg原子且至多Q‑1个量子阱结构中含有Mg原子，所述末端量子垒层中含有Mg原子。通过本发明专利技术提供的LED外延片的制备方法，可有效提高量子阱结构中的空穴浓度，进而提高了量子阱结构中电子空穴复合效率，提高了紫外LED的发光效率。

A UV LED epitaxial wafer and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种紫外LED外延片及其制备方法
本专利技术涉及材料化学
，尤其涉及一种紫外LED外延片及其制备方法。
技术介绍
III族氮化物紫外材料(AlGaN)是紫外固体紫外光源的核心材料，AlGaN紫外LED产品能够发出200nm到365nm的紫外光，是目前紫外光电子的主流产品，被广泛应用于聚合物固化、杀菌消毒、生物探测、非视距通信、冷链运输等领域。例如，200nm～280nm的UVC段紫外LED是紫外杀菌装置的最主要杀菌材料，被广泛用于表面、空气、水等杀菌装置，并在军事上用于近距离无噪声通信；280nm～320nm的UVB波段具有优异的光疗作用，尤其对治疗白癜风有非常好的疗效；320nm～365nm波段具有很好的光固化功能，常被用于美甲固化、打印固化等固化领域；并且紫外LED在气体探测，光谱分析等领域也大展身手。LED外延片作为LED类产品的核心部分，是指在衬底上生长出的半导体薄膜，薄膜主要由N型、量子阱、P型三个部分组成。通常来说，P型高Al组分的AlGaN材料位于紫外LED外延片的阳极一侧，而Mg原子已经成为了应用最广泛的III-V族氮化物的P型掺杂剂，用于传递空穴至量子阱层，但由于P型高Al组分的AlGaN材料中Al含量较高，导致空穴激活能高，因此，所产生的空穴浓度仍然有限；同时，电子阻挡层也由AlGaN材料组成，造成AlGaN电子阻挡层的势垒较高，所以导致在量子阱结构中参与有效辐射复合的空穴浓度非常低，空穴复合效率也非常低，最终导致紫外LED发光效率低。典型的20milx20mil的紫外AlGaNLED外延片在20mA驱动电流下发光亮度约2mW，从而导致杀菌、光疗以及固化的效率偏低，市场应用受到极大的限制。
技术实现思路
本专利技术提供一种紫外LED外延片及其制备方法，用于解决现有技术中参与有效辐射复合的空穴浓度低，空穴复合效率低，导致的紫外LED发光效率低的问题。本专利技术提供了一种紫外LED外延片的制备方法，包括以下步骤：1)在N型AlGaN层上生长Q个量子阱结构，每个所述量子阱结构包含量子垒层和量子阱层，2≤Q≤100；2)在第Q个所述量子阱结构上生长末端量子垒层；其中，至少一个所述量子阱结构中含有Mg原子且至多Q-1个量子阱结构中含有Mg原子，所述末端量子垒层中含有Mg原子。本专利技术提供了一种紫外LED外延片的制备方法，在至少一个量子阱结构中掺入Mg原子后，可在量子阱结构中形成空穴，进一步提高了量子阱中的空穴浓度；同时，高Al组分的AlGaN层很好地限制了Mg的扩散，所以量子阱结构中的Mg原子不会向N型区扩散而降低量子阱结构中电子空穴的复合效率。因此，本专利技术提供的方法能够有效提高量子阱结构中的空穴浓度进而提升量子阱结构中电子空穴复合效率，提高了紫外LED的发光效率。此外，由于掺杂Mg原子可能会形成非辐射复合中心，为了保证掺杂Mg原子的效率，本专利技术至多在Q-1个量子阱结构中掺杂Mg原子，即至少存在一个不掺Mg原子的量子阱结构，以保证电子和空穴在复合时不受非辐射复合中心的影响，保证紫外LED的发光效率。为了更好的阐述量子阱结构中掺杂Mg的具体方法，本专利技术还对步骤1)进行了进一步限定，具体地，步骤1)可以包括且不限于以下三种实施方式。在第一种实施方式中，步骤1)包括：a.调节温度为1050～1200℃，压力为20～200mbar，通入氢气、三甲基镓、三甲基铝、Mg原子以及氨气，生长Mg掺杂量子垒层AlGaN；b.通入氢气、三甲基镓、三甲基铝、Mg原子以及氨气，生长Mg掺杂量子阱层AlGaN；c.重复步骤a～bZ次，得到Z个含有Mg原子的所述量子阱结构，其中，1≤Z＜Q。图1为本专利技术一实施例提供的量子阱结构掺杂Mg原子的结构示意图。如图1所示，按照上述第一种实施方式，Mg原子分别与量子垒层和量子阱层共同生长，得到具有Mg掺杂的Z个(Mg掺杂量子垒层AlGaN-Mg掺杂量子阱层AlGaN)的量子阱结构。在第二种实施方式中，步骤1)包括：a.调节温度为1050～1200℃，压力为20～200mbar，通入氢气、三甲基镓、三甲基铝、以及氨气，生长量子垒层AlGaN；b.通入Mg原子，在所述量子垒层AlGaN上生长Mg掺杂量子垒层AlGaN；c.重复步骤a～bX次；d.通入氢气、三甲基镓、三甲基铝、以及氨气，生长量子阱层AlGaN；e.通入Mg原子，在所述量子阱层AlGaN上生长Mg掺杂量子阱层AlGaN；f.重复步骤d～eY次；g.重复步骤a～fZ次，得到Z个所述量子阱结构；其中，1≤Z＜Q。在该实施方式的步骤b或步骤e中，Mg掺杂量子阱层AlGaN或Mg掺杂量子垒层AlGaN的厚度为0.1～5nm。图2为本专利技术又一实施例中提供的量子阱结构掺杂Mg原子的结构示意图。如图2所示，按照上述第二种实施方式，Mg原子在生长量子垒层和量子阱层时周期性通入，即，在步骤a-c中，先生长X个(量子垒层AlGaN-Mg掺杂量子垒层AlGaN)，然后在步骤d-e中，在X个(量子垒层AlGaN-Mg掺杂量子垒层AlGaN)上生长Y个(量子阱层AlGaN-Mg掺杂量子阱层AlGaN)，最后重复a～fZ次，得到Z个[X个(量子垒层AlGaN-Mg掺杂量子垒层AlGaN)-Y个(量子阱层AlGaN-Mg掺杂量子阱层AlGaN)]Mg掺杂的量子阱结构。在第三种实施方式中，步骤1)包括：a.调节温度为1050～1200℃，压力为20～200mbar，通入氢气、三甲基镓、三甲基铝以及氨气，生长量子垒层AlGaN；b.停止通入氢气、三甲基镓、三甲基铝以及氨气，通入Mg原子，在所述量子垒层AlGaN上生长Mg层；c.重复步骤a～bX次；d.通入氢气、三甲基镓、三甲基铝以及氨气，生长量子阱层AlGaN；e.停止通入所述氢气、三甲基镓、三甲基铝以及氨气，通入Mg原子，在所述量子阱层AlGaN上生长Mg层；f.重复步骤d～eY次；g.重复步骤a～fZ次，得到Z个所述量子阱结构；其中，1≤Z＜Q。在该实施方式的步骤b或步骤e中，单独通入Mg原子的时间可以为1～600秒。图3为本专利技术再一实施例中提供的量子阱结构掺杂Mg原子的结构示意图。如图3所示，按照上述第三种实施方式，Mg原子在生长量子垒层和量子阱层时周期性单独通入，即，在步骤a-c中，先生长X个(量子垒层AlGaN-Mg层)，然后在步骤d-e中，在X个(量子垒层AlGaN-Mg层)上生长Y个(量子阱层AlGaN-Mg层)，最后重复a～fZ次，得到Mg掺杂的Z个[X个(量子垒层AlGaN-Mg层)-Y个(量子阱层AlGaN-Mg层)]量子阱结构。进一步地，一个所述量子阱结构中，所述量子垒层AlGaN中的Al组分大于所述量子阱层AlGaN中的Al组分，所述量子阱层或所述量子垒层中Al组分为10％～100％。在一个量子阱结构中，量子垒层AlGaN中的Al组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外LED外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)在N型AlGaN层上生长Q个量子阱结构，每个所述量子阱结构包含量子垒层和量子阱层，2≤Q≤100；/n2)在第Q个所述量子阱结构上生长末端量子垒层；/n其中，至少一个所述量子阱结构中含有Mg原子且至多Q-1个量子阱结构中含有Mg原子，所述末端量子垒层中含有Mg原子。/n

【技术特征摘要】
1.一种紫外LED外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在N型AlGaN层上生长Q个量子阱结构，每个所述量子阱结构包含量子垒层和量子阱层，2≤Q≤100；
2)在第Q个所述量子阱结构上生长末端量子垒层；
其中，至少一个所述量子阱结构中含有Mg原子且至多Q-1个量子阱结构中含有Mg原子，所述末端量子垒层中含有Mg原子。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)包括：
a.调节温度为1050～1200℃，压力为20～200mbar，通入氢气、三甲基镓、三甲基铝、Mg原子以及氨气，生长Mg掺杂量子垒层AlGaN；
b.通入氢气、三甲基镓、三甲基铝、Mg原子以及氨气，生长Mg掺杂量子阱层AlGaN；
c.重复步骤a～bZ次，得到Z个含有Mg原子的所述量子阱结构，其中，1≤Z＜Q。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)包括：
a.调节温度为1050～1200℃，压力为20～200mbar，通入氢气、三甲基镓、三甲基铝、以及氨气，生长量子垒层AlGaN；
b.通入Mg原子，在所述量子垒层AlGaN上生长Mg掺杂量子垒层AlGaN；
c.重复步骤a～bX次；
d.通入氢气、三甲基镓、三甲基铝、以及氨气，生长量子阱层AlGaN；
e.通入Mg原子，在所述量子阱层AlGaN上生长Mg掺杂量子阱层AlGaN；
f.重复步骤d～eY次；
g.重复步骤a～fZ次，得到Z个所述量子阱结构；
其中，1≤Z＜Q。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)包括：
a.调节温度为1050～1200℃，压力为20～200mbar，通入氢气、三甲基镓、三甲基铝以及氨气，生长量子垒层AlGaN：
b.停止通入氢气、三甲基镓、三甲基铝以及氨气，通入Mg原子，在所述量子垒层AlGaN上生长Mg层；
c.重复步骤a～bX次；
d.通入氢气、三甲基镓、三甲基铝以及氨气，生长量子阱层AlGaN...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小辉，梁旭东，陈向东，徐孝灵，王小文，
申请(专利权)人：马鞍山杰生半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34