一种AlGaN基紫外LED外延结构制造技术

本发明专利技术公开了一种AlGaN基紫外LED外延结构，包括从下至上依次排布的衬底、N型层、空穴阻挡层、多量子阱有源区、电子阻挡层、P型层，还包括从N型层引出的n型欧姆接触电极以及从P型层引出的p型欧姆接触电极。由于有源区两侧分别设置了n型掺杂的空穴阻挡层和p型掺杂的电子阻挡层，对量子阱内载流子具有强的限制效应，能够有效抑制载流子溢出有源区，且也能加强载流子的注入效率，进而也提高了载流子在有源区的复合效率。相比LED传统结构，该外延结构具有较高的光输出功率和内量子效率。

A epitaxial structure of AlGaN based UV LED

The invention discloses an AlGaN based UV LED epitaxial structure, which comprises a substrate arranged from bottom to top, an n-type layer, a hole barrier layer, a multiple quantum well active region, an electron barrier layer, a p-type layer, an n-type ohmic contact electrode led out of an n-type layer and a p-type ohmic contact electrode LED out of a p-type layer. Because the n-doped hole barrier and p-doped electron barrier are set on both sides of the active region, they have a strong limiting effect on the carriers in the quantum well, which can effectively restrain the carriers from overflowing the active region, and can also enhance the carrier injection efficiency, thus improving the carrier recombination efficiency in the active region. Compared with the traditional LED structure, the epitaxial structure has higher optical output power and internal quantum efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种AlGaN基紫外LED外延结构
本专利技术涉及半导体器件发光领域，特别涉及一种AlGaN基紫外LED外延结构。
技术介绍
发光二极管(LED)是替代传统白炽灯照明的光源之一，由于其寿命长、亮度高、节能、体积小、效率高等诸多优点，近年来LED在日常生活中应用越来越广泛。与传统的紫外光源相比，紫外发光二极管发出的光易于调节波长和色调，且无污染，在生物医学治疗、防伪识别、净化(水、空气等)、计算机数据存储和军事领域具有广阔的应用前景。然而，目前紫外发光二极管的光输出功率和内量子效率(IQE)仍比较低，这是研究和应用的一大阻碍。为了提高输出功率和内部量子效率(IQE)，许多研究集中在通过克服以下几点困难来解决效率陡降问题，如提高载流子限制能力、减少电子泄露、提高空穴注入率、减少量子限制斯塔克效应(QCSE)、提高电子和空穴复合率、减少横向电流拥挤。由于电子的有效质量小，迁移率高，很容易跨越量子阱有源区中的垒，电子泄露比较严重。另外，又加上空穴的注入效率低，这些因素最终导致了低的辐射复合率和内部量子效率。在这些机理中，减少载体子泄漏和改善载流子注入效率是行之有效的方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种AlGaN基紫外LED外延结构，能够有效阻挡电子泄漏和空穴注入，从而提高载流子在有源区的复合效率。本专利技术的目的通过以下技术方案实现的。本专利技术提供了一种AlGaN基紫外LED外延结构，包括从下至上依次排布的衬底、N型层、空穴阻挡层、多量子阱有源区、电子阻挡层、P型层，还包括从N型层的上表面引出的n型欧姆接触电极以及从P型层的上表面引出的p型欧姆接触电极。优选地，衬底为蓝宝石衬底，且所述蓝宝石衬底为r面、m面或a面中的任意一种。优选地，N型层的材料为Al0.25Ga0.75N，厚度为2-4μm，所述N型层被划分为10-12层的网格，下层网格与相邻上层网格的厚度比为0.85-1。优选地，N型层中掺杂Si，Si的掺杂浓度为(3-5)×1018cm-3。优选地，P型层的材料为Al0.20Ga0.80N，厚度为85-100nm，P型层被划分为10-12层的网格，下层网格与相邻上层网格厚度比为0.85-1。优选地，P型层中掺杂Mg，Mg的掺杂浓度为(1-2)×1019cm-3。优选地，空穴阻挡层为多层阶梯型结构，包括在N型层的上表面由下到上依次排布的Alx1Ga1-x1N、Al0.30Ga0.70N、Aly1Ga1-y1N、Al0.35Ga0.65N、Alm1Ga1-m1N、Al0.30Ga0.70N、Aln1Ga1-n1N，其中其中x1从0.25到0.30均匀变化，y1从0.30到0.35均匀变化，m1从0.35到0.30均匀变化，n1从0.30到0.25均匀变化，Alx1Ga1-x1N、Al0.30Ga0.70N、Aly1Ga1-y1N、Al0.35Ga0.65N、Alm1Ga1-m1N、Al0.30Ga0.70N、Aln1Ga1-n1N的厚度分别为1-3nm、1-3nm、1-3nm、4-6nm、1-3nm、1-3nm、1-3nm。优选地，多量子阱有源区中量子垒层和量子阱层交替生长并重复5-6个周期，所述量子垒层为Al0.25Ga0.75N层，Al0.25Ga0.75N层的厚度为8-12nm，所述量子阱层为Al0.25Ga0.75N/Al0.10Ga0.90N层，Al0.25Ga0.75N/Al0.10Ga0.90N层的厚度为2-3nm。优选地，电子阻挡层为多层阶梯型结构，包括在多量子阱有源区的上表面由下到上依次排布的Alx2Ga1-x2N、Al0.30Ga0.70N、Aly2Ga1-y2N、Al0.40Ga0.60N、Alm2Ga1-m2N、Al0.30Ga0.70N、Aln2Ga1-n2N，其中x2从0.25到0.30均匀变化，y2从0.30到0.40均匀变化，m2从0.40到0.30均匀变化，n2从0.30到0.25均匀变化，Alx2Ga1-x2N、Al0.30Ga0.70N、Aly2Ga1-y2N、Al0.40Ga0.60N、Alm2Ga1-m2N、Al0.30Ga0.70N、Aln2Ga1-n2N的厚度分别为1-3nm、1-3nm、1-3nm、4-6nm、1-3nm、1-3nm、1-3nm。和现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果和优点：本专利技术提供的AlGaN基紫外LED外延结构中多量子阱有源区的上表面和下表面分别设置了n型掺杂的空穴阻挡层和p型掺杂的电子阻挡层，能够有效抑制载流子溢出有源区，且也能加强载流子的注入效率，进而也提高了载流子在多量子阱有源区的复合效率，相比LED传统结构，该外延结构具有较高的光输出功率和内量子效率。附图说明图1是实施例提供的AlGaN基紫外LED外延结构的示意图；图2是实施例提供的AlGaN基紫外LED外延结构的光输出功率曲线；图3是实施例提供的AlGaN基紫外LED外延结构的内部量子效率曲线；图4是实施例提供的AlGaN基紫外LED外延结构的辐射复合效率曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细地说明。实施例本实施例提供了一种AlGaN基紫外LED外延结构，如图1所示，包括从下至上依次排布的衬底1、N型层2、空穴阻挡层3、多量子阱有源区4、电子阻挡层5、P型层6，还包括从N型层2引出的n型欧姆接触电极0以及从P型层6引出的p型欧姆接触电极7。由于多量子阱有源区4的上表面和下表面分别有n型掺杂的空穴阻挡层3和p型掺杂的电子阻挡层5，对量子阱内载流子具有强的限制效应，能够有效抑制载流子溢出有源区，且也能加强载流子的注入效率，提高了载流子在多量子阱有源区4的复合效率。衬底1为蓝宝石衬底，且为a面。N型层2的材料为Al0.25Ga0.75N，厚度为2.5μm，并划分为下层网格与相邻上层网格的厚度比为0.85的10层网格。N型层2中掺杂Si，Si的掺杂浓度为5×1018cm-3。P型层6的材料为Al0.20Ga0.80N，且厚度为85nm，并划分为下层网格与上层网格的厚度比为0.85的10层网格。P型层6中掺杂Mg，Mg的掺杂浓度为1×1019cm-3。空穴阻挡层3为多层阶梯型结构，包括在N型层2的上表面由下到上依次排布的Alx1Ga1-x1N、Al0.30Ga0.70N、Aly1Ga1-y1N、Al0.35Ga0.65N、Alm1Ga1-m1N、Al0.30Ga0.70N、Aln1Ga1-n1N，其中x1从0.25到0.30均匀变化，y1从0.30到0.35均匀变化，m1从0.35到0.30均匀变化，n1从0.30到0.25均匀变化，Alx1Ga1-x1N、Al0.30Ga0.70N、Aly1Ga1-y1N、Al0.35Ga0.65N、Alm1Ga1-m1N、Al0.30Ga0.70N、Aln1Ga1-n1N的厚度分别为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，包括从下至上依次排布的衬底（1）、N型层（2）、空穴阻挡层（3）、多量子阱有源区（4）、电子阻挡层（5）、P型层（6），还包括从N型层（2）的上表面引出的n型欧姆接触电极（0）以及从P型层（6）的上表面引出的p型欧姆接触电极（7）。/n

【技术特征摘要】
20190524 CN 20191044104361.一种AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，包括从下至上依次排布的衬底（1）、N型层（2）、空穴阻挡层（3）、多量子阱有源区（4）、电子阻挡层（5）、P型层（6），还包括从N型层（2）的上表面引出的n型欧姆接触电极（0）以及从P型层（6）的上表面引出的p型欧姆接触电极（7）。


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，衬底（1）为蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底为r面、m面或a面中的任意一种。


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，N型层（2）的材料为Al0.25Ga0.75N，厚度为2-4µm，所述N型层（2）被划分为10-12层的网格，下层网格与相邻上层网格的厚度比为0.85-1。


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，N型层（2）中掺杂Si，Si的掺杂浓度为（3-5）×1018cm-3。


5.根据权利要求1所述的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，P型层（6）的材料为Al0.20Ga0.80N，厚度为85-100nm，P型层（6）被划分为10-12层的网格，下层网格与相邻上层网格的厚度比为0.85-1。


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，P型层（6）中掺杂Mg，Mg的掺杂浓度为（1-2）×1019cm-3。


7.根据权利要求1所述的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，空穴阻挡层（3）为多层阶梯型结构，包括在N型层（2）的上表面由下到上依次排布的Alx1Ga1-x1N、Al0.30Ga0.70N、Aly1Ga1-y1N、Al0.35Ga0.65N、Alm1G...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷怀民，石恒志，李继航，刘娜娜，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44