一种提高内量子效率紫外LED外延结构制造技术

本实用新型专利技术涉及半导体发光器件技术领域，提出了一种提高内量子效率紫外LED外延结构，包括由下向上依次设置的衬底层、缓冲层以及外延层，外延层包括有源区发光层，有源区发光层包括上下交替设置的量子阱层和量子垒层，关键在于：所述量子阱层为Al

【技术实现步骤摘要】
一种提高内量子效率紫外LED外延结构
本技术涉及半导体发光器件
，具体的，涉及一种提高内量子效率紫外LED外延结构。
技术介绍
由于AlGaN基紫外发光二极管(UV-LED)在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、计算机数据存储和军事等领域具有较广泛的应用价值，同时其也拥有发光二极管的一些优点。因此AlGaN基紫外LED引起了人们的极大关注与研究。目前，制备紫外发光二极管的材料主要是AlGaN材料，然而由于高质量的AlGaN材料比较难获得以及材料之间存在较强的极化效应，所以限制了紫外LED在各方面的应用。为了获得深紫外LED，只能提高外延材料中的Al组分，尤其是改变量子阱中的铝组分。在UV-LED的有源区结构中，量子阱层为InGaN材料而量子垒层为AlGaN材料，导致在量子阱层内因阱和垒的晶格常数差异较大，所以有源区发光层内存在较大的压应力，形成较强的极化电场。量子阱区域形成的强极化电场，会导致能带弯曲，电子和空穴的空间分离，辐射复合效率低，进而降低紫外LED的内量子效率。
技术实现思路
本技术提出一种提高内量子效率紫外LED外延结构，解决了现有技术中有源区发光层内压应力大，形成较强的极化电场，导致能带弯曲，电子和空穴的空间分离，辐射复合效率低以及紫外LED的内量子效率低的问题。本技术的技术方案如下：一种提高内量子效率紫外LED外延结构，包括由下向上依次设置的衬底层、缓冲层以及外延层，外延层包括有源区发光层，有源区发光层包括上下交替设置的量子阱层和量子垒层，关键在于：所述量子阱层为AlxGa1-xN层，量子垒层为AlxInzGa(1-x-z)N层。所述量子阱层的厚度为2-7nm，量子垒层的厚度为10-20nm，有源区发光层的发光波长为280-360nm。所述有源区发光层的每个量子阱层包括至少三个沿上下方向排列的子层，所有子层的厚度和铝分子的含量都是由位于中间的子层向上、向下逐渐减小，位于中间的子层的铝组分含量由下向上逐渐增大。所述有源区发光层的每个量子阱层都是包含5个子层，按照由下向上的生长方向依次排列为Alx1Ga1-x1N层、Alx2Ga1-x2N层、Alx3Ga1-x3N层、Alx4Ga1-x4N层、Alx5Ga1-x5N层，5个子层的铝组分含量为0<x1<x2<x3<0.8且x1＝x5、x2＝x4，Alx1Ga1-x1N层与Alx5Ga1-x5N层的厚度均为0.1-0.5nm，Alx2Ga1-x2N层与Alx4Ga1-x4N层的厚度均为0.5-1nm，Alx3Ga1-x3N层的厚度为1-2nm。所述外延层包括由下向上依次设置的N型层、空穴阻挡层、有源区发光层、超晶格结构层、电子阻档层和P型层。所述N型层为AlaGa1-aN层，0.5<a<0.8，AlaGa1-aN层的厚度为2-4μm。所述空穴阻挡层为AlbGa1-b层，0<b<0.8，AlbGa1-b层的厚度为10-20nm。所述超晶格结构层为AlcN/AlcGa1-cN层，0.5<c<0.6，AlcN/AlcGa1-cN层的厚度为8-14nm。所述电子阻档层为AldGa1-d层，0.5<d<0.8，AldGa1-d层的厚度为10-20nm。所述P型层为AleGa1-eN层，0.5<e<0.8，AleGa1-eN层的厚度为80-120nm。本技术的工作原理及有益效果为：将有源区发光层的量子阱层设置为AlxGa1-xN层、量子垒层设置为AlxInzGa(1-x-z)N层，也就是说，量子阱层为AlGaN材料而量子垒层为AlInGaN材料，量子阱层与量子垒层有相同的Al材料，这样可以减小量子阱层内阱和垒的晶格常数差异，从而减小有源区发光层内存在的压应力，不会形成较强的极化电场，也就可以避免出现能带弯曲、电子和空穴的空间分离、辐射复合效率低、降低紫外LED的内量子效率的情况。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为本技术中量子阱层和量子垒层的排列示意图。图中：1、衬底层，2、缓冲层，3、N型层，4、空穴阻挡层，5、有源区发光层，6、超晶格结构层，7、电子阻档层，8、P型层。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作详细的说明。具体实施例，如图1所示，一种提高内量子效率紫外LED外延结构，包括由下向上依次设置的衬底层1、缓冲层2以及外延层，外延层包括有源区发光层5，有源区发光层5包括上下交替设置的量子阱层和量子垒层，量子阱层为AlxGa1-xN层，量子垒层为AlxInzGa(1-x-z)N层。作为对本技术的进一步改进，量子阱层的厚度为2-7nm，量子垒层的厚度为10-20nm，有源区发光层5的发光波长为280-360nm。有源区发光层5的每个量子阱层包括至少三个沿上下方向排列的子层，所有子层的厚度和铝分子的含量都是由位于中间的子层向上、向下逐渐减小，位于中间的子层的铝组分含量由下向上逐渐增大。能够减缓多量子阱有源区内的量子限制斯塔克效应，增强有源区电子与空穴的辐射复合的几率；同时也能够增强紫外LED对电子的限制作用，进而提高LED的发光效率。作为对本技术的进一步改进，有源区发光层5的每个量子阱层都是包含5个子层，按照由下向上的生长方向依次排列为Alx1Ga1-x1N层、Alx2Ga1-x2N层、Alx3Ga1-x3N层、Alx4Ga1-x4N层、Alx5Ga1-x5N层，5个子层的铝组分含量为0<x1<x2<x3<0.8且x1＝x5、x2＝x4，Alx1Ga1-x1N层与Alx5Ga1-x5N层的厚度均为0.1-0.5nm，Alx2Ga1-x2N层与Alx4Ga1-x4N层的厚度均为0.5-1nm，Alx3Ga1-x3N层的厚度为1-2nm。外延层包括由下向上依次设置的N型层3、空穴阻挡层4、有源区发光层5、超晶格结构层6、电子阻档层7和P型层8。N型层3为AlaGa1-aN层，0.5<a<0.8，AlaGa1-aN层的厚度为2-4μm。空穴阻挡层4为AlbGa1-b层，0<b<0.8，AlbGa1-b层的厚度为10-20nm。可以提高空穴注入效率和量子阱中的迁移率。如图2所示，有源区发光层5包括上下交替设置的5个量子阱层和4个量子垒层，每个量子阱层包含5个子层。作为对本技术的进一步改进，超晶格结构层6为AlcN/AlcGa1-cN层，0.5<c<0.6，AlcN/AlcGa1-cN层的厚度为8-14nm。有效缓解有源区最后一个量子垒与电子阻挡层之间的应变，抑制电子泄漏，增大空穴注入率。作为对本技术的进一步改进，电子阻档层7为AldGa1-d层，0.5<d<0.8，AldGa1-d层的厚度为10-20nm。抑制有源层电子的溢出，提高了载流子的复合几率。作为对本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高内量子效率紫外LED外延结构，包括由下向上依次设置的衬底层(1)、缓冲层(2)以及外延层，外延层包括有源区发光层(5)，有源区发光层(5)包括上下交替设置的量子阱层和量子垒层，其特征在于：所述量子阱层为Al

【技术特征摘要】
1.一种提高内量子效率紫外LED外延结构，包括由下向上依次设置的衬底层(1)、缓冲层(2)以及外延层，外延层包括有源区发光层(5)，有源区发光层(5)包括上下交替设置的量子阱层和量子垒层，其特征在于：所述量子阱层为AlxGa1-xN层，量子垒层为AlxInzGa(1-x-z)N层。


2.根据权利要求1所述的一种提高内量子效率紫外LED外延结构，其特征在于：所述量子阱层的厚度为2-7nm，量子垒层的厚度为10-20nm，有源区发光层(5)的发光波长为280-360nm。


3.根据权利要求1所述的一种提高内量子效率紫外LED外延结构，其特征在于：所述外延层包括由下向上依次设置的N型层(3)、空穴阻挡层(4)、有源区发光层(5)、超晶格结构层(6)、电子阻档层(7)和P型层(8)。


4.根据权利要求3所述的一种提高内量子效率紫外LED外延结构，其特征在于：所述N型层(3)为AlaGa1-aN层，0.5<a<0.8，AlaGa...

【专利技术属性】
技术研发人员：李怀水，申硕，尤立鹏，李晓波，
申请(专利权)人：同辉电子科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：河北;13