一种发光二极管的外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种发光二极管的外延结构的制备方法，包括，提供一衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、N型AlGaN导电层、Al

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管的外延结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件制备
，具体涉及一种发光二极管的外延结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]紫外线(UV，Ultraviolet)，指波长介于10nm至400nm之间的电磁波，电磁波的波长越短，辐射就越强，根据电磁波的波长可将UV划分为UVA(320～400nm)、UVB(280～320nm)、UVC(100～280nm)。其中，UVC波长介于100～280nm之间，可以破坏微生物的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)分子结构，使细菌死亡或不能繁殖，以达到杀菌目的，因此深紫外在杀菌、净水及空气净化、医疗等领域应用十分广泛。
[0003]汞灯曾是UV杀菌的方式之一，但是由于汞有剧毒，不适合长期发展，需要一种更安全、环保的方式来代替汞灯。随着发光二极管(LED)技术的不断发展，其发光波长已经由可见光波段拓展到深紫外波段，深紫外LED作为一种新型的紫外光源，具有能耗低、体积小、集成性好、寿命长、环保无毒等优点，在各个领域具有广泛的应用前景，但是目前的深紫外LED的发光效率还比较低，限制了深紫外LED的应用。因此，亟待开发一种提高深紫外LED发光亮度的制备方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足与缺陷，本专利技术提供一种发光二极管外延结构的制备方法，用于解决深紫外发光二极光发光效率低的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种发光二极管外延结构的制备方法，包括以下步骤：
[0006]提供一衬底，并对所述衬底进行退火处理；
[0007]在所述退火处理后的衬底上生长缓冲层；
[0008]在所述缓冲层上生长N型AlGaN导电层；
[0009]在所述N型AlGaN导电层上生长Al
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Ga
1-x
N/Al
y
Ga
1-y
N多量子阱有源层，其中x为0.37～0.38，y为0.55～0.66；
[0010]将生长完所述Al
x
Ga
1-x
N/Al
y
G
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N多量子阱有源层的外延片进行化学腐蚀；
[0011]在经过所述化学腐蚀后的Al
x
Ga
1-x
N/Al
y
G
a1-y
N多量子阱有源层上继续外延生长AlGaN电子阻挡层；
[0012]在所述AlGaN电流扩展层上生长P型AlGaN空穴扩展层；
[0013]在所述P型AlGaN空穴扩展层上生长P型氮化镓导电层。
[0014]于本专利技术的一实施例中，在所述退火处理后的衬底上生长缓冲层包括：
[0015]在所述退火处理后的衬底上生长氮化铝缓冲层；
[0016]在所述氮化铝缓冲层上生长AlGaN缓冲层，所述AlGaN缓冲层的厚度为300～350纳米(nm)，所述AlGaN缓冲层从开始生长至生长结束，Al组分含量由80～85％降低至60～
65％。
[0017]于本专利技术的一实施例中，在所述缓冲层上生长N型AlGaN导电层时以硅烷作为硅掺杂剂，其中，所述N型AlGaN导电层中的硅掺杂浓度为3E18～1E19 cm-3
，所述N型AlGaN导电层中的Al组分含量为50～55％，所述N型AlGaN导电层中的厚度为1000～2500nm。
[0018]于本专利技术的一实施例中，在所述N型AlGaN导电层上生长Al
x
Ga
1-x
N/Al
y
Ga
1-y
N多量子阱有源层是交替生长Al
x
Ga
1-x
N量子阱层和Al
y
Ga
1-y
N量子垒层，其中，Al
x
Ga
1-x
N量子阱层的厚度为2～3nm，Al
y
Ga
1-y
N量子垒层的厚度为4～10nm，多量子阱的生长周期为3～10。
[0019]进一步的，生长所述Al
y
Ga
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N量子垒层过程中通入硅烷作为掺杂剂，所述Al
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Ga
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N量子垒层中的硅的掺杂浓度为5E17～6E17 cm-3
。
[0020]于本专利技术的一实施例中，在所述N型AlGaN导电层上生长Al
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Ga
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N/Al
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Ga
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N多量子阱有源层结束后继续生长一层AlGaN保护层，所述AlGaN保护层的厚度为10～30nm，所述AlGaN保护层的生长工艺与所述Al
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N量子垒层的生长条件相同。
[0021]于本专利技术的一实施例中，将生长完所述Al
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Ga
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N/Al
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N多量子阱有源层的外延片进行化学腐蚀使用的腐蚀液为氢氧化钠与过氧化氢的混合溶液，其中氢氧化钠与过氧化氢的比例为1:(1～1.5)，所述混合溶液的浓度为30～35％；所述化学腐蚀的腐蚀时间为6～20分钟。
[0022]于本专利技术的一实施例中，所述AlGaN电子阻挡层中的Al组分含量从开始生长至生长结束由75～80％降低至55～60％，所述AlGaN电子阻挡层的厚度为20～30nm。
[0023]于本专利技术的一实施例中，在所述AlGaN电子阻挡层上生长P型AlGaN空穴扩展层时以二茂镁作为镁掺杂剂，其中，所述P型AlGaN空穴扩展层中镁的掺杂浓度为1E19～5E19 cm-3
，所述P型AlGaN空穴扩展层中的Al组分含量为60～65％，所述所述P型AlGaN空穴扩展层的厚度为30～50nm。
[0024]于本专利技术的一实施例中，在所述P型AlGaN空穴扩展层上生长P型氮化镓导电层包括：
[0025]控制生长温度为960～1000℃，生长压力为200mbar；
[0026]通入三甲基镓、氨气提供镓源和氮源，通入二茂镁作为镁掺杂剂，其中，三甲基镓的流量为150～200sccm，氨气的流量为20000～22000sccm，二茂镁的流量为600～800sccm；
[0027]所述P型氮化镓导电层的厚度为100～300nm，镁的掺杂浓度为5E19～1E20 cm-3
。
[0028]本专利技术还提供一种基于上述制备方法制备的发光二级管外延结构。
[0029]如上所述，本专利技术提供一种发光二极管外延结构的制备方法，通过调节AlGaN中的Al组分，改变AlGaN材料的禁带宽度实现LED发光波长在200～280nm的覆盖，制备过程中在Al
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N/Al
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Ga<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一衬底，并对所述衬底进行退火处理；在所述退火处理后的衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上生长N型AlGaN导电层；在所述N型AlGaN导电层上生长Al
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N多量子阱有源层，其中x为0.37～0.38，y为0.55～0.60；将生长完所述Al
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N多量子阱有源层的外延片进行化学腐蚀；在经过所述化学腐蚀后的Al
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N/Al
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N多量子阱有源层上继续外延生长AlGaN电子阻挡层；在所述AlGaN电子阻挡层上生长P型AlGaN空穴扩展层；在所述P型AlGaN空穴扩展层上生长P型氮化镓导电层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述退火处理后的衬底上生长缓冲层包括：在所述退火处理后的衬底上生长氮化铝缓冲层；在所述氮化铝缓冲层上生长AlGaN缓冲层，所述AlGaN缓冲层的厚度为300～350纳米，所述AlGaN缓冲层从开始生长至生长结束，Al组分含量由80～85％降低至60～65％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述缓冲层上生长N型AlGaN导电层时以硅烷作为硅掺杂剂，其中，所述N型AlGaN导电层中的硅的掺杂浓度为3E18～1E19cm-3
，所述N型AlGaN导电层中的Al组分含量为50～55％，所述N型AlGaN导电层的厚度为1000～2500纳米。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述N型AlGaN导电层上生长Al
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N/Al
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N多量子阱有源层是交替生长Al
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N量子阱层和Al
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N量子垒层，其中，Al
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N量子阱层的厚度为2～3纳米，Al
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N量子垒层的厚度为4～10纳米，多量子阱的生长周期为3～...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘园旭，
申请(专利权)人：安徽中医药大学，
类型：发明
国别省市：