一种深紫外LED器件及其外延生长方法技术

本发明专利技术提供的深紫外LED器件通过在电子注入层与量子阱有源层之间依次设置第一应力调控层以及第二应力调控层，且第一应力调控层的Al组分含量x2以及第二应力调控层的Al组分含量x3满足以下关系：x3≤(x4+x5)/2，x2≥(x1+x3)/2，x4＞x3＞x5；本发明专利技术通过对上述各层Al组分含量进行调控，以减少第二应力调控层与量子阱有源层之间的晶格失配，同时减少电子注入层、第一应力调控层以及第二应力调控层三者之间的晶格失配，从而能够对量子阱有源层施加张应力，进而补偿底层外延结构对量子阱有源层产生的压应力，最终提高深紫外LED器件的发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光电领域，尤其涉及一种深紫外led器件及其外延生长方法。

技术介绍

1、在紫外线中，波长在200纳米至350纳米的光线被称为深紫外线。而深紫外发光二极管因其高效、环保、节能、可靠等优势，在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通信等领域具有重大的应用价值，这些优势是普通的紫外发光二极管所无法比拟的。然而，目前使用的高al组分algan基深紫外led器件中，其量子阱有源层通常会受到来自底层algan层的较大的压应力，导致其发光效率降低。

2、故需要提出一种新的深紫外led器件及其外延生长方法用于解决现有技术所存在的上述问题。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于，提供一种深紫外led器件及其外延生长方法，用于改善现有技术的深紫外led器件的发光效率较低的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种深紫外led器件，包括沿生长方向依次层叠设置的衬底、缓冲层、本征层、电子注入层、第一应力调控层、第二应力调控层、量子阱有源层、电子阻挡层、空穴注入层以及欧姆接触层，量子阱有源层包括交替设置的至少一个势阱层和至少两个势垒层；

3、其中，电子注入层、第一应力调控层、第二应力调控层、势垒层以及势阱层中的al组分含量依次为x1、x2、x3、x4和x5，且满足以下关系：x3≤(x4+x5)/2，x2≥(x1+x3)/2，x4＞x3＞x5。

4、优选地，第一应力调控层为单层algan结构，第一应力调控层的al组分含量为20%～90%，第一应力调控层的厚度为10nm~1000nm。

5、优选地，第一应力调控层包括多个周期结构，每个周期结构沿生长方向依次包括层叠设置的第一子层和第二子层，第一子层的材料为alaga1-an，第二子层的材料为albga1-bn，a为第一子层的al组分含量，b为第二子层的al组分含量，a与b满足以下关系：20%≤b≤a≤90%；

6、其中，第一子层的厚度为1nm~20nm，第二子层的厚度为2nm~20nm，第一应力调控层的周期数为2~50。

7、优选地，第一应力调控层为整层n型掺杂的algan材料，第一应力调控层的掺杂浓度为5e17cm-3~1e20cm-3。

8、优选地，第二应力调控层为单层algan结构，第二应力调控层的al组分含量为10%～80%，第二应力调控层的厚度为2nm~1000nm。

9、优选地，第二应力调控层为整层n型掺杂的algan材料，第二应力调控层的掺杂浓度为5e17cm-3~1e20cm-3。

10、优选地，电子注入层、第一应力调控层、第二应力调控层以及势垒层中的n型掺杂浓度依次为y1、y2、y3和y4，且满足以下关系：y4≥y3且y1≥y2＞y3。

11、相应地，本专利技术还提供一种如上的深紫外led器件的外延生长方法，外延生长方法包括：

12、s10，在衬底上依次外延生长缓冲层、本征层以及电子注入层；

13、s20，在电子注入层上外延生长第一应力调控层；

14、s30，在第一应力调控层上外延生长第二应力调控层；

15、s40，在第二应力调控层上依次外延生长量子阱有源层、电子阻挡层、空穴注入层以及欧姆接触层，量子阱有源层包括交替设置的至少一个势阱层和至少两个势垒层；

16、其中，电子注入层、第一应力调控层、第二应力调控层、势垒层以及势阱层中的al组分含量依次为x1、x2、x3、x4和x5，且满足以下关系：x3≤(x4+x5)/2，x2≥(x1+x3)/2，x4＞x3＞x5。

17、优选地，s20步骤中：第一应力调控层的生长温度为800℃~1200℃，第一应力调控层为n型掺杂的algan材料，第一应力调控层的al组分含量为20%～90%，第一应力调控层的厚度为10nm~1000nm。

18、优选地，s30步骤中：第二应力调控层的生长温度为800℃~1200℃，第二应力调控层为n型掺杂的algan材料，第二应力调控层的al组分含量为10%～80%，第二应力调控层的厚度为2nm~1000nm。

19、本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术通过在电子注入层与量子阱有源层之间依次设置第一应力调控层以及第二应力调控层，且第一应力调控层的al组分含量x2以及第二应力调控层的al组分含量x3满足以下关系：x3≤(x4+x5)/2，x2≥(x1+x3)/2，x4＞x3＞x5；本专利技术通过对上述各层al组分含量进行调控，以减少第二应力调控层与量子阱有源层之间的晶格失配，同时减少电子注入层、第一应力调控层以及第二应力调控层三者之间的晶格失配，从而能够对量子阱有源层施加张应力，进而补偿底层外延结构对量子阱有源层产生的压应力，最终提高深紫外led器件的发光效率。

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【技术保护点】

1.一种深紫外LED器件，其特征在于，包括沿生长方向依次层叠设置的衬底、缓冲层、本征层、电子注入层、第一应力调控层、第二应力调控层、量子阱有源层、电子阻挡层、空穴注入层以及欧姆接触层，所述量子阱有源层包括交替设置的至少一个势阱层和至少两个势垒层；

2.根据权利要求1所述的深紫外LED器件，其特征在于，所述第一应力调控层为单层AlGaN结构，所述第一应力调控层的Al组分含量为20%～90%，所述第一应力调控层的厚度为10nm~1000nm。

3.根据权利要求1所述的深紫外LED器件，其特征在于，所述第一应力调控层包括多个周期结构，每个所述周期结构沿生长方向依次包括层叠设置的第一子层和第二子层，所述第一子层的材料为AlaGa1-aN，所述第二子层的材料为AlbGa1-bN，a为所述第一子层的Al组分含量，b为所述第二子层的Al组分含量，a与b满足以下关系：20%≤b＜a≤90%；

4.根据权利要求2~3任一项所述的深紫外LED器件，其特征在于，所述第一应力调控层为整层N型掺杂的AlGaN材料，所述第一应力调控层的掺杂浓度为5E17cm-3~1E20cm-3。

5.根据权利要求1所述的深紫外LED器件，其特征在于，所述第二应力调控层为单层AlGaN结构，所述第二应力调控层的Al组分含量为10%～80%，所述第二应力调控层的厚度为2nm~1000nm。

6.根据权利要求5所述的深紫外LED器件，其特征在于，所述第二应力调控层为整层N型掺杂的AlGaN材料，所述第二应力调控层的掺杂浓度为5E17cm-3~1E20cm-3。

7.根据权利要求1所述的深紫外LED器件，其特征在于，所述电子注入层、所述第一应力调控层、所述第二应力调控层以及所述势垒层中的N型掺杂浓度依次为y1、y2、y3和y4，且满足以下关系：y4≥y3且y1≥y2＞y3。

8.一种如权利要求1所述的深紫外LED器件的外延生长方法，其特征在于，所述外延生长方法包括：

9.根据权利要求8所述的深紫外LED器件的外延生长方法，其特征在于，所述S20步骤中：所述第一应力调控层的生长温度为800℃~1200℃，所述第一应力调控层为N型掺杂的AlGaN材料，所述第一应力调控层的Al组分含量为20%～90%，所述第一应力调控层的厚度为10nm~1000nm。

10.根据权利要求8所述的深紫外LED器件的外延生长方法，其特征在于，所述S30步骤中：所述第二应力调控层的生长温度为800℃~1200℃，所述第二应力调控层为N型掺杂的AlGaN材料，所述第二应力调控层的Al组分含量为10%～80%，所述第二应力调控层的厚度为2nm~1000nm。

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【技术特征摘要】

1.一种深紫外led器件，其特征在于，包括沿生长方向依次层叠设置的衬底、缓冲层、本征层、电子注入层、第一应力调控层、第二应力调控层、量子阱有源层、电子阻挡层、空穴注入层以及欧姆接触层，所述量子阱有源层包括交替设置的至少一个势阱层和至少两个势垒层；

2.根据权利要求1所述的深紫外led器件，其特征在于，所述第一应力调控层为单层algan结构，所述第一应力调控层的al组分含量为20%～90%，所述第一应力调控层的厚度为10nm~1000nm。

3.根据权利要求1所述的深紫外led器件，其特征在于，所述第一应力调控层包括多个周期结构，每个所述周期结构沿生长方向依次包括层叠设置的第一子层和第二子层，所述第一子层的材料为alaga1-an，所述第二子层的材料为albga1-bn，a为所述第一子层的al组分含量，b为所述第二子层的al组分含量，a与b满足以下关系：20%≤b＜a≤90%；

4.根据权利要求2~3任一项所述的深紫外led器件，其特征在于，所述第一应力调控层为整层n型掺杂的algan材料，所述第一应力调控层的掺杂浓度为5e17cm-3~1e20cm-3。

5.根据权利要求1所述的深紫外led器件，其特征在于，所述第二应力调控层为单层algan结构，所述第二应力调控层的al组分含量为10%～80%，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张骏，卓昌正，张毅，陈圣昌，
申请(专利权)人：苏州紫灿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：