具有增强复合型多量子阱的紫外制造技术

本发明专利技术公开了一种具有增强复合型多量子阱的紫外

【技术实现步骤摘要】
具有增强复合型多量子阱的紫外LED结构及其生长方法


[0001]本专利技术涉及属于紫外
LED
结构
，特别涉及一种具有增强复合型多量子阱的紫外
LED
结构及其生长方法
。

技术介绍

[0002]以
AlGaN
材料为核心的紫外波段的
LED
具有许多有价值的应用，
UVC
‑
LED(
发光波长
200
～
280nm)
可广泛应用于食品及饮用水消毒杀菌
、
非视距通讯
、
紫外传感等，
UVB
‑
LED(
发光波长
280
～
320nm)
在银屑病
、
白癜风等皮肤病的光照治疗，提高食品和动物的维生素
D
水平
、
促进次生植物代谢产物等方面也有巨大的应用潜力
。
[0003]但是目前
UVB
和
UVC
波段的
LED
的效率相对于长波段
LED
来说还处于相对较低的水平
。
这很大一部分归因于高铝组分
P
型
AlGaN
中空穴的迁移率较低，使得空穴越过电子阻挡层后在多量子阱中的迁移能力不足，导致多量子阱中电子与空穴的复合效率目前还处于较低水准
。
所以设计并外延生长出优异的多量子阱结构对于提高短波长紫外
LED
的性能至关重要
。
[0004]目前，传统短波长紫外
LED
的外延生长中，多量子阱结构大多都是周期性重复型结构，即量子垒
/
量子阱
/
量子垒
/
量子阱
/
量子垒
…
型结构，旨在利用重复阱的结构实现电子和空穴的多阱复合以实现光增强，如专利
CN 112768580 A、CN 110112273B、CN103779465B
等，这些方法都采用了周期性的多量子阱结构
。
然而，由于空穴的迁移能力不足，电子和空穴在多量子阱区域的复合能力一般从
P
型区方向至
N
型区方向依次减弱，故电子和空穴在多量子阱的每个阱中往往实现不均匀复合，所以一般这种利用重复阱结构实现电子和空穴多阱复合的常规方法对光增强所产生的贡献是有限的，这也在一定程度上导致了目前短波长深紫外
LED
的
EQE
还处于一个相对较低的水平
。
[0005]因此，设计出一种多量子阱结构使得电子和空穴实现更强的有效复合对于短波长紫外
LED
的研究具有十分重大的意义
。

技术实现思路

[0006]针对上述不足，本专利技术的目的在于，提供一种具有增强复合型多量子阱的紫外
LED
结构及其生长方法
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案是：
[0008]一种具有增强复合型多量子阱的紫外
LED
结构，按从下至上的顺序依次分布的
AlN
衬底
、AlGaN
缓冲层
、N
型
AlGaN
接触层
、
新型多量子阱结构
、
电子阻挡层
、P
型
AlGaN
层和
P
型
GaN
接触层，所述新型多量子阱结构包括有不同的量子阱组，每个量子阱组由一个或多个相同的量子阱结构构成，每个量子阱结构包括
AlGaN
型量子垒层以及铝含量低于
AlGaN
型量子垒层的
AlGaN
型量子阱层，并满足自下而上不同阱组中阱的铝组分依次降低，且阱和垒的铝组分之差逐渐增大
。
[0009]一种所述的具有增强复合型多量子阱的紫外
LED
结构的生长方法，其包括以下步
骤：
[0010](1)
对
AlN
衬底进行清洁处理；具体的，选取蓝宝石上的
AlN(
包括
AlN on NPSS(
纳米图形化蓝宝石衬底
)、AlN on PSS(
图形化蓝宝石衬底
)、
高温退火
AlN
等
)
或单晶
AlN
作为衬底，在
1150
～
1250℃
的温度下使用
H2对
AlN
衬底表面进行清洁；
[0011](2)
在所述
AlN
衬底上进行
AlN
薄膜的再生长，生长厚度
100
～1μ
m
，生长温度为
1100
～
1350℃
，压强为
30
～
70Torr
；
[0012](3)
在所述
AlN
衬底上生长超晶格结构以实现位错和应力调控：生长
Al
x
Ga1‑
x
N(
厚度1～
3nm)/Al
y
Ga1‑
y
N(
厚度1～
3nm)
结构，其中
0.5≤x<y≤1,
生长温度为
1000
～
1200℃
，压强为
30
‑
75Torr
，获得厚度为
50
～
500nm
的
AlGaN
缓冲层；
[0013](4)
在所述
AlGaN
缓冲层生长
N
型
AlGaN
接触层，该
N
型
AlGaN
接触层为
N
型
Al
z
Ga1‑
z
N
结构，其中
0.55≤z≤0.75
，厚度为
500
～
2.5
μ
m
，生长温度为
1000
～
1200℃
，压强为
30
～
75Torr
，
Si
掺杂浓度为
5x10
18
～
2x10
19
cm
‑3；
[0014](5)
在所述
N
型
AlGaN
接触层上生长新型多量子阱结构，所述新型多量子阱结构包括有不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有增强复合型多量子阱的紫外
LED
结构，其特征在于：其包含有新型多量子阱结构，所述新型多量子阱结构包括有不同的量子阱组，每个量子阱组由一个或多个相同的量子阱结构构成，每个量子阱结构包括
AlGaN
型量子垒层以及铝含量低于
AlGaN
型量子垒层的
AlGaN
型量子阱层，并满足自下而上不同阱组中阱的铝组分依次降低，且阱和垒的铝组分之差逐渐增大
。2.
根据权利要求1所述具有增强复合型多量子阱的紫外
LED
结构，其特征在于：所述量子阱组个数介于2至5之间，每个阱组中的量子阱个数介于1至5之间
。3.
根据权利要求1所述具有增强复合型多量子阱的紫外
LED
结构，其特征在于：所述量子阱结构由
Al
x
Ga1‑
x
N
构成，其中
0≤x≤1
，自下而上最后一个量子阱组中，量子垒层的铝组分与量子阱层的铝组分之差超过
30
％
。4.
根据权利要求1‑3任意一项所述具有增强复合型多量子阱的紫外
LED
结构，其特征在于：所述新型多量子阱结构之上按由下至上依次分布有电子阻挡层
、P
型
AlGaN
层和
P
型
GaN
接触层，所述新型多量子阱结构之下按由上至下依次分布有
N
型
AlGaN
接触层
、AlGaN
缓冲层和
AlN
衬底
。5.
根据权利要求4所述具有增强复合型多量子阱的紫外
LED
结构，其特征在于：所述
AlN
衬底为蓝宝石上的
AlN
或单晶
AlN
；所述
AlGaN
缓冲层为
Al
x
Ga1‑
x
N/Al
y
Ga1‑
y
N
的超晶格结构，其中
0.6≤x<y≤1。6.
根据权利要求4所述具有增强复合型多量子阱的紫外
LED
结构，其特征在于：所述
N
型
AlGaN
接触层为
N
型
Al
z
Ga1‑
z
N
结构，其中
0.5≤z≤0.75。7.
根据权利要求4所述具有增强复合型多量子阱的紫外
LED
结构，其特征在于：所述电子阻挡层为
Al
d
Ga1‑
d
N
结构，其中
0.6≤d≤0.95。8.
根据权利要求4所述具有增强复合型多量子阱的紫外
LED
结构，其特征在于：所述
P
型
AlGaN
层为
Al
e
Ga1‑
e
N
层结构，其中
0.35≤e≤0.65。9.
一种权利要求1‑8中任意一项所述的具有增强复合型多量子阱的紫外
LED
结构的生长方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)
对
AlN
衬底进行清洁处理；
(2)
在所述
AlN
衬底上进行
AlN
薄膜的再生长；
(3)
在所述
AlN
衬底上生长超晶格结构以实现位错和应力调控，获得
AlGaN
缓冲层；
(4)
在所述
AlGaN
缓冲层生长
N
型
AlGaN
接触层；
(5)
在所述
N
型
AlGaN
接触层上生长新型多量子阱结构；
(6)
在所述新型多量子阱结构上生长电子阻挡层；
(7)
在所述电子阻挡层上生长
P
型
AlGaN
层；
(8)
在所述
P
型
AlGaN
层上生长
P
型
GaN
接触层；
(9)
降温，在氮气环境下进行退火激活空穴
。10.
根据权利要求9所述的生长方法，其特征在于：所述步骤
(1)
包括以下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新强，李泰，罗巍，康俊杰，袁冶，刘上锋，王维昀，王后锦，李永德，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：