利用能带剪裁提高发光效率的AlGaN/AlGaN多量子阱基LED结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种利用能带剪裁提高发光效率的AlGaN/AlGaN多量子阱基LED结构及其制备方法，属于微电子技术领域，LED结构自下而上依次包括蓝宝石衬底、AlN缓冲层、n型Al

【技术实现步骤摘要】
利用能带剪裁提高发光效率的AlGaN/AlGaN多量子阱基LED结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种利用能带剪裁提高发光效率的AlGaN/AlGaN多量子阱基LED结构及其制备方法，属于微电子


技术介绍

[0002]由于紫外AlGaN基LED可广泛应用于空气和水的杀菌净化、气体传感、3D打印、紫外光刻、生物医学等领域，且具有尺寸小、便携耐用、禁带宽度可调等优点，因而具有广阔的潜在应用前景，并因此受到了相关研究者的极大关注。通过改变Al组分，AlGaN基多量子阱(MQWs)结构的发光波长可以覆盖约200nm到360nm的紫外波段。然而，对于高Al含量的AlGaN基深紫外(DUV)LED，目前报道的最高的外量子效率(EQE)仅为20.3％，远低于成熟的InGaN基蓝色LED(>80％)。导致其EQE较低的一个重要原因是它较低的内量子效率(IQE)，它涉及到由于AlGaN材料自身的自发极化以及阱/垒晶格失配所诱发的压电极化导致MQWs中电子和空穴波函数的空间分离并降低了辐射复合效率，也称之为量子限制斯塔克效应(QCSE)，此外，也涉及衬底与外延层晶格失配导致的大量缺陷，p型掺杂困难等。为了解决IQE低的问题，相关研究人员做了一系列尝试，一些研究小组提出减小阱宽来降低QCSE的影响从而提升IQE，但是该方法会加剧大电流注入下因电子泄露而导致的LED效率下降(droop)的问题。

技术实现思路

[0003]针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种利用能带剪裁提高发光效率的AlGaN/AlGaN多量子阱基LED结构及其制备方法，本专利技术不仅在低激发下可以抑制载流子的空间分离从而降低量子限制斯塔克效应(QCSE)，而且在高激发下由于阱内势垒的作用减弱或消失，因而不会加剧载流子的泄露，从而提高了紫外LED的发光效率。
[0004]本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种利用能带剪裁提高发光效率的AlGaN/AlGaN多量子阱基LED结构，按生长顺序自下而上依次包括：蓝宝石衬底、AlN缓冲层、n型Al
z
Ga1‑
z
N层、脉冲型AlGaN(阱)/Al
y
Ga1‑
y
N(垒)多量子阱有源区、p型AlGaN层和P型GaN盖帽层；
[0006]所述脉冲型AlGaN(阱)/Al
y
Ga1‑
y
N(垒)多量子阱有源区包括若干个周期的脉冲型AlGaN(阱)/Al
y
Ga1‑
y
N(垒)量子阱，每个量子阱的AlGaN阱层均含有若干个具有某一厚度(0.5
‑
4nm)的阱内势垒Al
a
Ga1‑
a
N，使得AlGaN阱层形成类似n个Al
x
Ga1‑
x
N/Al
a
Ga1‑
a
N/Al
x
Ga1‑
x
N脉冲结构，即类似“Al
x
Ga1‑
x
N/Al
a
Ga1‑
a
N/Al
x
Ga1‑
x
N
……”
的脉冲结构，其中，0＜n＜10，0＜x＜z＜1，0＜x＜a＜y≤1。
[0007]一种上述的利用能带剪裁提高发光效率的AlGaN/AlGaN多量子阱基LED结构的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)在蓝宝石衬底上依次生长AlN缓冲层、n型Al
z
Ga1‑
z
N层；
[0009](2)在n型Al
z
Ga1‑
z
N层上生长若干周期的脉冲型AlGaN(阱)/Al
y
Ga1‑
y
N(垒)多量子阱
有源区，即在n型Al
z
Ga1‑
z
N层上生长若干个周期的脉冲型AlGaN(阱)/Al
y
Ga1‑
y
N(垒)量子阱，每个量子阱的AlGaN阱层均含有若干个Al
x
Ga1‑
x
N/Al
a
Ga1‑
a
N/Al
x
Ga1‑
x
N脉冲结构；
[0010](3)在脉冲型AlGaN(阱)/Al
y
Ga1‑
y
N(垒)多量子阱有源区上依次生长p型AlGaN层、P型GaN盖帽层，得到LED结构。
[0011]优选的，步骤(2)中，当脉冲型AlGaN(阱)/Al
y
Ga1‑
y
N(垒)量子阱内只含有1个Al
x
Ga1‑
x
N/Al
a
Ga1‑
a
N/Al
x
Ga1‑
x
N脉冲结构时，生长1个周期的脉冲型AlGaN(阱)/Al
y
Ga1‑
y
N(垒)量子阱的过程如下：
[0012]A、生长具有一个Al
x
Ga1‑
x
N/Al
a
Ga1‑
a
N/Al
x
Ga1‑
x
N脉冲结构的阱层，步骤包括：
[0013]①
生长脉冲结构的第一部分Al
x
Ga1‑
x
N阱层：在900℃～1300℃条件下通入三甲基镓、三甲基铝，三甲基镓、三甲基铝通入量分别可以为8sccm、17sccm，生长Al
x
Ga1‑
x
N阱层；
[0014]②
生长脉冲结构的第二部分Al
a
Ga1‑
a
N结构：在900℃～1300℃条件下通入三甲基镓、三甲基铝，同时相对于步骤
①
减小三甲基镓流量生长Al
a
Ga1‑
a
N结构，三甲基铝流量无变化，使其满足条件：0＜x＜a＜1；
[0015]③
生长脉冲结构的第三部分Al
x
Ga1‑
x
N阱层：生长条件与步骤
①
相同；
[0016]B、生长Al
y
Ga1‑
y
N垒层。
[0017]优选的，当生长含有多个周期Al
x
Ga1‑
x
N/Al
a
Ga1‑
a
N/Al
x
Ga1‑
x
N脉冲结构的脉冲型AlGaN(阱)/Al
y
Ga1‑
y
N(垒)量子阱时，阱层的生长过程为重复步骤
①
、
②
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用能带剪裁提高发光效率的AlGaN/AlGaN多量子阱基LED结构，其特征在于，按生长顺序自下而上依次包括：蓝宝石衬底、AlN缓冲层、n型Al
z
Ga1‑
z
N层、脉冲型AlGaN/Al
y
Ga1‑
y
N多量子阱有源区、p型AlGaN层和P型GaN盖帽层；所述脉冲型AlGaN/Al
y
Ga1‑
y
N多量子阱有源区包括若干个周期的脉冲型AlGaN/Al
y
Ga1‑
y
N量子阱，每个量子阱的AlGaN阱层均含有若干个具有某一厚度的阱内势垒Al
a
Ga1‑
a
N，使得AlGaN阱层形成类似n个Al
x
Ga1‑
x
N/Al
a
Ga1‑
a
N/Al
x
Ga1‑
x
N脉冲结构，其中，0＜n＜10，0＜x＜z＜1，0＜x＜a＜y≤1。2.一种权利要求1所述的利用能带剪裁提高发光效率的AlGaN/AlGaN多量子阱基LED结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在蓝宝石衬底上依次生长AlN缓冲层、n型Al
z
Ga1‑
z
N层；(2)在n型Al
z
Ga1‑
z
N层上生长若干周期的脉冲型AlGaN/Al
y
Ga1‑
y
N多量子阱有源区，即在n型Al
z
Ga1‑
z
N层上生长若干个周期的脉冲型AlGaN/Al
y
Ga1‑
y
N量子阱，每个量子阱的AlGaN阱层均含有若干个Al
x
Ga1‑
x
N/Al
a
Ga1‑
a
N/Al
x
Ga1‑
x
N脉冲结构；(3)在脉冲型AlGaN/Al
y
Ga1‑
y
N多量子阱有源区上依次生长p型AlGaN层、P型GaN盖帽层，得到LED结构。3.根据权利要求2所述的利用能带剪裁提高发光效率的AlGaN/AlGaN多量子阱基LED结构的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，当脉冲型AlGaN/Al
y
Ga1‑
y
N量子阱内只含有1个Al
x
Ga1‑
x
N/Al
a
Ga1‑
a
N/Al
x
Ga1‑
x
N脉冲结构时，生长1个周期的脉冲型AlGaN/Al
y
Ga1‑
y
N量子阱的过程如下：A、生长具有一个Al
x
Ga1‑
x
N/Al
a
Ga1‑
a
N/Al
x
Ga1‑
x
N脉冲结构的阱层，步骤包括：
①
生长脉冲结构的第一部分Al
x
Ga1‑
x
N阱层：在900℃～1300℃条件下通入三甲基镓、三甲基铝，生长Al
x
Ga1‑
x
N阱层；
②
生长脉冲结构的第二部分Al
a
Ga1‑
a
N结构：在900℃～1300℃条件下通入三甲基镓、三甲基铝，同时相对于步骤
①
减小三甲基镓流量生长Al
a
Ga1‑
a
N结构，使其满足条件：0＜x＜a＜1；
③
生长脉冲结构的第三部分Al
x
Ga1‑
x...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀子武，邓建阳，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：