一种深紫外光发光二极体的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光发光二极体的结构及其制备方法，该结构及方法旨在改善现今深紫外光发光二极体的电激发光频谱特性，特别是降低频谱的半高宽，不仅提升光的纯度也提高了其发光效率，从而促进在杀菌及光疗的应用上的有效性。该发光二极体至少包括：衬底、位于所述衬底一侧表面的AlN层、位于所述AlN层表面的N型Al

【技术实现步骤摘要】
一种深紫外光发光二极体的结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体发光二极体的
，具体属于一种深紫外光发光二极体的结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]LED(即发光二极体)是一种使用固态半导体所制作而成的发光器件，近年来，凭借着其安全、体积小、环保、高效、低能耗等特点，已经普遍取代传统的白熾灯。另外，紫外光波段的LED光源也广泛地应用于工业油墨固化，进而逐渐地应用于医疗、食品处理、细菌消杀等多个领域。通常，紫外光根据波长可被划分为UVA(Ultraviolet A，长波紫外光)、UVB(Ultraviolet B，中波紫外光)和UVC(Ultraviolet C，短波紫外光)，UVA、UVB和UVC对应的波长范围分别为315－400nm、280－315nm及100－280nm，而UVB和UVC统称为深紫外光波段(DUV)。其中，UVC广泛地应用于表面、空气及水消毒，当UVC紫外光照射到微生物、细菌或病毒时，会被细胞中的蛋白质、核苷酸(DNA、RNA的主要成分)等物质吸收，高剂量吸收会导致其之细胞死亡；若是低剂量吸收则会导致失去其复制能力，无法再繁殖，这种机理称为失活。另外，UVB广泛地应用于免疫系统上的医学光疗法，例如波长在308
‑
310nm范围内可以治疗牛皮廯、白癫疯及银屑病；波长在292
‑
295nm范围内，其能增加人体对维他命D3的吸收。除此之外，UVB波长范围亦可以促进植物叶绿素的分泌等。然而，由于地球大气层的阻隔，太阳光中的UVC无法顺利到达地球表面，只有部分波长较长的UVB的光可以传透球大气层。因此，目前此类产品大多数由人工制作而成的。传统是以汞灯为主，但由于水俣公约已正式生效，阶段性地禁止开采新的原生汞矿及使用相关汞的产品，所以紫外光波段的LED逐渐取代汞灯光源已成必然。
[0003]目前，针对UVB的应用，在280
‑
320nm UVB的波长段，对牛皮廯及银屑病的治疗，窄能带(narrow
‑
band)比宽带(broad band)的效率更为显著，特别是308
‑
310nm。而针对UVC的应用，一般峰值波长为265
‑
280nm均可以有效被细菌或病毒的DNA及RNA吸收，但根据UV失活曲线最高值在265
‑
270nm的发光波段，因此，以峰值波长270nm为例，若电激发光频谱(EL spectra)的半高宽(FWHM)增加到15nm，则相对会有一些发光波段超过277.5nm，如此被细菌或病毒的DNA及RNA吸收的效率变小；若以峰值波长280nm为例，则发光波段相对会有更多大于280nm的UVB发光波段，对于整体的杀菌及失活成效将不如预期。然而，以AlGaN系化合物半导体为主体材料的UVB和UVC LED技术现状，其难题是MOCVD外延工艺所制作峰值波长≦265nm的UVC
‑
LED，其整体的外部量子效率(EQE)比≧275nm的差，然而波长≧305nm的UVB
‑
LED，其整体的EQE比275nm到285nm的差。
[0004]此外，以成本考量，主要是使用三氧化二铝的蓝宝石做为MOCVD外延工艺的衬底。但由于晶格和热失配，以及Al原子迁移率低，导致AlGaN材料结晶质量差，特别是材料结晶质量随着波长变短，Al的组份需要增加，而Al原子迁移率偏低且与Ga原子迁移率差异加大，这容易造成外延层表面出现高低的台状(terrace)晶相貌像，无法形成发光有源区中多重量子阱的层与层之间形成的介面平坦，更可能造成多重量子阱内的各层组份及厚度不均
匀，如此易造成LED的电激发光频谱(EL spectra)的半高宽(FWHM)增加，进而造成多量子阱发光有源区复合发光的机率减少及发光的纯度不足。

技术实现思路

[0005](1)要解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种深紫外光发光二极体的结构及其制备方法，该结构及方法旨在改善现今深紫外光发光二极体的电激发光频谱特性，特别是降低频谱的半高宽，不仅提升光的纯度也提高了其发光效率，从而促进在杀菌及光疗的应用上的有效性。
[0007](2)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了这样一种深紫外光发光二极体的结构，该发光二极体至少包括：
[0009]衬底；
[0010]位于所述衬底一侧表面的AlN层；
[0011]位于所述AlN层表面的N型Al
a
Ga1‑
a
N欧姆接触层；
[0012]位于所述N型Al
a
Ga1‑
a
N欧姆接触层表面的Al
b
Ga1‑
b
N/AlN/Al
c
Ga1‑
c
N介面平坦化多层结构；
[0013]位于所述Al
b
Ga1‑
b
N/AlN/Al
c
Ga1‑
c
N介面平坦化多层结构表面的Al
x
Ga1‑
x
N第一量子垒层；
[0014]位于所述Al
x
Ga1‑
x
N第一量子垒层表面的Al
y
Ga1‑
y
N/Al
x
Ga1‑
x
N多量子阱有源层；
[0015]位于所述Al
y
Ga1‑
y
N/Al
x
Ga1‑
x
N多量子阱有源层表面的Al
z
Ga1‑
z
N最后量子垒层；
[0016]位于所述Al
z
Ga1‑
z
N最后量子垒层表面的P型Al
d
Ga1‑
d
N电子阻挡层；
[0017]位于所述P型Al
d
Ga1‑
d
N电子阻挡层表面的P型Al
e
Ga1‑
e
N欧姆接触层。
[0018]优选地，所述N型Al
a
Ga1‑
a
N欧姆接触层中，0.3＜a＜1。
[0019]进一步地，所述Al
b
Ga1‑
b
N/AlN/Al
c
Ga1‑
c
N介面平坦化多层结构中，0.3＜c≤b＜1，且b≤a。
[0020]再进一步地，所述Al
y
Ga1‑
y
N/Al
x
Ga1‑
x
N多量子阱有源层中，0.4＜y＜x＜0.8，且x＜c。
[0021]优选地，所述Al
z
Ga1‑
z
N最后量子垒层中，0.5＜z≤1。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深紫外光发光二极体的结构，其特征在于，该发光二极体至少包括：衬底；位于所述衬底一侧表面的AlN层；位于所述AlN层表面的N型Al
a
Ga1‑
a
N欧姆接触层；位于所述N型Al
a
Ga1‑
a
N欧姆接触层表面的Al
b
Ga1‑
b
N/AlN/Al
c
Ga1‑
c
N介面平坦化多层结构；位于所述Al
b
Ga1‑
b
N/AlN/Al
c
Ga1‑
c
N介面平坦化多层结构表面的Al
x
Ga1‑
x
N第一量子垒层；位于所述Al
x
Ga1‑
x
N第一量子垒层表面的Al
y
Ga1‑
y
N/Al
x
Ga1‑
x
N多量子阱有源层；位于所述Al
y
Ga1‑
y
N/Al
x
Ga1‑
x
N多量子阱有源层表面的Al
z
Ga1‑
z
N最后量子垒层；位于所述Al
z
Ga1‑
z
N最后量子垒层表面的P型Al
d
Ga1‑
d
N电子阻挡层；位于所述P型Al
d
Ga1‑
d
N电子阻挡层表面的P型Al
e
Ga1‑
e
N欧姆接触层。2.根据权利要求1所述的一种深紫外光发光二极体的结构，其特征在于，所述N型Al
a
Ga1‑
a
N欧姆接触层中，0.3＜a＜1；所述Al
b
Ga1‑
b
N/AlN/Al
c
Ga1‑
c
N介面平坦化多层结构中，0.3＜c≤b＜1，且b≤a；所述Al
y
Ga1‑
y
N/Al
x
Ga1‑
x
N多量子阱有源层中，0.4＜y＜x＜0.8，且x＜c；所述Al
z
Ga1‑
z
N最后量子垒层中，0.5＜z≤1。3.根据权利要求1所述的一种深紫外光发光二极体的结构，其特征在于，所述Al
b
Ga1‑
b
N/AlN/Al
c
Ga1‑
c
N介面平坦化多层结构中，Al
b
Ga1‑
b
N层的厚度为1
‑
5nm，AlN层的厚度为1
‑
2nm，Al
c
Ga1‑
c
N层的厚度为1
‑
5nm。4.根据权利要求3所述的一种深紫外光发光二极体的结构，其特征在于，所述Al
b
Ga1‑
b
N/AlN/Al
c
Ga1‑
c
N介面平坦化多层结构中，Al
b
Ga1‑
b
N层的厚度为2.5
‑
3.5nm，AlN层的厚度为1
‑
1.5nm，Al
c
Ga1‑
c
N层的厚度为2.5
‑
3.5nm。5.根据权利要求1所述的一种深紫外光发光二极体的结构，其特征在于，所述Al
b
Ga1‑
b
N/AlN/Al
c
Ga1‑
c
N介面平坦化多层结构中，Al
b
Ga1‑
b
N层、AlN层及Al
c
Ga1‑
c
N层均掺杂Si或Ge成为N型半导体层。6.根据权利要求1所述的一种深紫外光发光二极体的结构，其特征在于，所述衬底为蓝宝石、氮化铝、硅或碳化硅。7.一种深紫外光发光二极体的制备方法，其特征在于，该方法用于制备如权利要求1
‑
6任意一项的深紫外光发光二极体，具体步骤为：步骤一、使用MOCVD机台，将其升温至800℃，在50Torr下通入TMAl、NH3和...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖穆人，刘锐森，刘召忠，蓝文新，林辉，杨小利，
申请(专利权)人：江西新正耀光学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：