AlGaN基紫外LED外延结构及其制备方法技术

本申请公开了一种AlGaN基紫外LED外延结构及其制备方法。所述AlGaN基紫外LED外延结构包括沿一指定方向依次设置的N型Al

【技术实现步骤摘要】
AlGaN基紫外LED外延结构及其制备方法


[0001]本申请涉及一种紫外LED，具体涉及一种AlGaN基紫外LED外延结构及其制备方法，属于半导体


技术介绍

[0002]紫外LED根据发射波长可以分为UVA
‑
LED(320
‑
400nm)、UVB
‑
LED(280
‑
320nm)和UVC
‑
LED(200
‑
280nm)，其中UVA主要应用于固化、防伪检测和光催化等领域，UVB主要用于光疗，UVC主要应用于消毒杀菌。自新冠疫情发生以来，UVC
‑
LED在消杀领域的应用引起人们的极大关注。
[0003]UVC
‑
LED和UVB
‑
LED的材料体系为AlGaN基化合物半导体，受限于Al原子迁移率低，AlN和AlGaN材料的横向生长速率慢，生长的AlGaN材料位错密度高，位错形成载流子的非辐射复合通道，导致紫外LED的内量子效率(IQE)和外量子效率(EQE)下降。由于高Al组分p
‑
AlGaN的Mg激活能高，导致空穴浓度低，串联电阻高。通常采用p
‑
GaN作为接触层，但因p
‑
GaN对紫外光的吸收会导致光提取效率低。
[0004]CN 113782652 A公开了一种量子垒掺杂的紫外LED外延结构：靠近N型AlGaN层一端的至少一组量子垒层为掺杂有Si元素的第一量子垒层，其余量子垒层为掺杂有Mg元素的第二量子垒层，其能够提高量子阱的辐射复合发光效率，同时使紫外LED延片具有更高的内量子效率。但该器件中Mg原子容易扩散到量子阱中，会降低量子阱的生长质量，因而较难起到提高紫外发光效率的作用。
[0005]CN 111261758 A公开了一种紫外LED外延结构：Al
x
Ga1‑
x
N/Al
y
Ga1‑
y
N多量子阱有源层包括第一发光结构和第二发光结构，由于第一发光结构的每个第一Al
y
Ga1‑
y
N量子垒层掺Si，至少一个第一Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层掺Si，有利于降低多量子阱有源区的串联电阻，但该器件的光输出功率未得到改善。

技术实现思路

[0006]本申请的主要目的在于提供一种AlGaN基紫外LED外延结构及其制备方法，以克服现有技术的不足。
[0007]为实现前述专利技术目的，本申请采用的技术方案包括：
[0008]本申请的一个方面提供的一种AlGaN基紫外LED外延结构包括沿一指定方向依次设置的N型Al
b
Ga1‑
b
N层、多量子阱有源区、P型Al
c
Ga1‑
c
N电子阻挡层和P型GaN接触层，0＜b≤1、0＜c≤1；
[0009]所述多量子阱有源区包括交替生长的多个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层和多个Al
y
Ga1‑
y
N量子垒层，0＜x≤1、0＜y≤1，其中在所述指定方向上的最后一个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层掺杂有Si。
[0010]本申请的另一个方面提供的一种AlGaN基紫外LED外延结构的制备方法包括沿一指定方向依次生长N型Al
b
Ga1‑
b
N层、多量子阱有源区、P型Al
c
Ga1‑
c
N电子阻挡层和P型GaN接触层，0＜b≤1、0＜c≤1；
[0011]其中，生长所述多量子阱有源区的步骤具体包括：交替生长多个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层和多个Al
y
Ga1‑
y
N量子垒层，0＜x≤1、0＜y≤1，并在位于所述指定方向上的最后一个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层中掺杂Si。
[0012]相较于现有技术，本申请通过在AlGaN基紫外LED外延结构中，于多量子阱有源区内最后一个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层内掺杂Si，可以有效减小AlGaN层的压应变，从而显著改善量子阱生长质量，减少非辐射复合中心，从而大幅提高光输出功率。
附图说明
[0013]图1为本申请一典型实施方案中一种AlGaN基紫外LED外延结构的示意图。
[0014]图2为本申请一典型实施方案中一种AlGaN基紫外LED外延结构的制备工艺流程示意图。
具体实施方式
[0015]本申请的专利技术人在长期研究和实践中发现，对于AlGaN基深紫外LED而言，其电子和空穴主要在最后一个量子阱中产生辐射复合而发出紫外光，因此最后一个量子阱为主要的发光阱。但由于AlGaN量子阱层的应力状态为压应变，生长过程会引起量子阱层部分弛豫，导致量子阱生长质量变差，从而严重影响深紫外LED的光输出功率。
[0016]有鉴于此，本申请人提出了本申请的技术方案，其主要是通过在AlGaN基深紫外LED的主要发光阱中掺入一定浓度的Si，以减小AlGaN层的压应变，从而改善量子阱生长质量，减少非辐射复合中心，进而提高光输出功率。如下将对本申请的技术方案进行更为详细的说明。
[0017]本申请的一些实施例提供了一种AlGaN基紫外LED外延结构，其包括沿一指定方向依次设置的N型Al
b
Ga1‑
b
N层、多量子阱有源区、P型Al
c
Ga1‑
c
N电子阻挡层和P型GaN接触层，0＜b≤1、0＜c≤1；
[0018]所述多量子阱有源区包括交替生长的多个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层和多个Al
y
Ga1‑
y
N量子垒层，0＜x≤1、0＜y≤1，其中在所述指定方向上的最后一个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层掺杂有Si。
[0019]在一个实施例中，在所述指定方向上的最后一个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层中所掺杂的Si浓度为1E+17cm
‑3～1E+20cm
‑3。
[0020]在一个实施例中，在所述指定方向上的最后一个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层的局部或全部区域内掺杂有Si。例如，在所述指定方向上的最后一个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层的整个阱都掺Si，或阱的前一部分厚度掺Si，或中间部分掺Si，或后一部分厚度掺Si。
[0021]在一个实施例中，在所述指定方向上的最后一个Al
x
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，包括沿一指定方向依次设置的N型Al
b
Ga1‑
b
N层、多量子阱有源区、P型Al
c
Ga1‑
c
N电子阻挡层和P型GaN接触层，0＜b≤1、0＜c≤1；所述多量子阱有源区包括交替生长的多个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层和多个Al
y
Ga1‑
y
N量子垒层，0＜x≤1、0＜y≤1，其中在所述指定方向上的最后一个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层掺杂有Si。2.根据权利要求1所述的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，在所述指定方向上的最后一个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层中所掺杂的Si浓度为1E+17cm
‑3～1E+20cm
‑3。3.根据权利要求1所述的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，在所述指定方向上的最后一个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层的局部或全部区域内掺杂有Si；和/或，在所述指定方向上的最后一个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层中Si的掺杂方式包括渐变掺杂、梯度掺杂、脉冲掺杂或均匀掺杂。4.根据权利要求1所述的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，所述多量子阱有源区包括沿所述指定方向依次设置的第一量子阱结构和第二量子阱结构，所述第一量子阱结构包括交替生长m个周期的第一Al
x1
Ga1‑
x1
N量子阱层和第一Al
y1
Ga1‑
y1
N量子垒层，0＜x1≤1、0＜y1≤1，1≤m≤10，所述第二量子阱结构包括一第二Al
x2
Ga1‑
x2
N量子阱层和一第二Al
y2
Ga1‑
y2
N量子垒层，0＜x2≤1、0＜y2≤1，所述第二Al
x2
Ga1‑
x2
N量子阱层为在所述指定方向上的最后一个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层。5.根据权利要求4所述的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，所述第一Al
y1
Ga1‑
y1
N量子垒层内掺杂有Si，所述第二Al
x2
Ga1‑
x2
N量子阱层内Si的掺杂浓度高于或低于所述第一Al
y1
Ga1‑
y1
N量子垒层内的Si掺杂浓度，所述第一Al
x1
Ga1‑
x1
N量子阱层内掺杂或未掺杂Si。6.根据权利要求1所述的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，由相互配合的一个Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层和一个Al
y
Ga1‑
y
N量子垒层组成的一个周期的厚度为3
‑
20nm。7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锐森，孙钱，黄应南，杨勇，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：