具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED及其制备方法，该深紫外LED包括依次层叠布置的蓝宝石衬底、AlN本征层、n型AlGaN电子注入层、量子阱有源层、复合电子阻挡层、p型AlGaN空穴注入层和p型GaN接触层；沿量子阱有源层至p型AlGaN空穴注入层的方向，复合电子阻挡层包括依次层叠布置的第一子阻挡层和第二子阻挡层，第一子阻挡层的平均Al组分百分数大于第二子阻挡层的平均Al组分百分数，且p型AlGaN空穴注入层的平均Al组分百分数小于第一子阻挡层的平均Al组分百分数。本发明专利技术通过引入复合型电子阻挡层结构，提高了复合电子阻挡层对电子限制能力，同时改善空穴从p型AlGaN空穴注入层向量子阱有源层的输运能力，从而提高了深紫外LED的发光效率。从而提高了深紫外LED的发光效率。从而提高了深紫外LED的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体光电领域，特别是一种具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED及制备方法。

技术介绍

[0002]Ⅲ族氮化物作为宽禁带半导体材料中的杰出代表，已经实现了高效的蓝绿光发光二极管(全称light
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emitting diodes，简称LED)、激光器等固态光源器件，其在平板显示、白光照明等应用方面取得了巨大成功。近十年来，人们期望将这种高效的发光材料应用于紫外波段，以满足日益增长的紫外光源需求。紫外波段根据其生物效应通常可分为：长波紫外(即UVA，波长为320～400nm)、中波紫外(即UVB，波长为280～320nm)、短波紫外(即UVC，波长为200～280nm)以及真空紫外(即VUV，波长为10～200nm)。紫外线虽然不能被人类眼睛所感知，但其应用却非常广泛。
[0003]目前，对于发光波长小于360nm的深紫外LED来说，主要采用AlGaN量子阱结构作为有源区，而电子溢流效应是导致高Al组分AlGaN基深紫外LED效率偏低的主要原因之一；由于在AlGaN材料中存在电子的迁移能力远高于空穴的情况，且对于高Al组分AlGaN材料来说这种现象尤甚，从而使来源于n型注入层的电子在经过量子阱有源区后会溢流至p型注入层，造成辐射复合效率降低。故需要提出一种新的紫外LED方案用于解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED及制备方法，用于解决现有技术中由于电子溢流效应而导致深紫外LED效率低的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的第一解决方案为：一种具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED，包括依次层叠布置的蓝宝石衬底、AlN本征层、n型AlGaN电子注入层、量子阱有源层、复合电子阻挡层、p型AlGaN空穴注入层和p型GaN接触层；沿量子阱有源层至p型AlGaN空穴注入层的方向，复合电子阻挡层包括依次层叠布置的第一子阻挡层和第二子阻挡层，第一子阻挡层的平均Al组分百分数大于第二子阻挡层的平均Al组分百分数，且p型AlGaN空穴注入层的平均Al组分百分数小于第一子阻挡层的平均Al组分百分数。
[0006]优选的，第一子阻挡层为单层AlGaN结构，其Al组分百分数为50％～100％，厚度为0.1nm～200nm。
[0007]优选的，第一子阻挡层为Al
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Ga1‑
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N/Al
y
Ga1‑
y
N超晶格结构，其中Al组分百分数x和y分别为70％～100％和60％～90％；第一子阻挡层的超晶格单周期厚度为0.1nm～100nm，周期数为1～100。
[0008]优选的，第二子阻挡层为Al组分渐变的单层AlGaN结构，其Al组分百分数由第一子阻挡层的平均Al组分百分数线性变化至p型AlGaN空穴注入层的平均Al组分百分数。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供的第二解决方案为：一种如前述第一解决方案
中具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED的制备方法，其步骤依次包括：生长AlN本征层，生长n型AlGaN电子注入层，生长量子阱有源层，生长复合电子阻挡层，生长p型AlGaN空穴注入层及p型GaN接触层；生长复合电子阻挡层的步骤具体包括：在700～1100℃条件下，于量子阱有源层上依次生长第一子阻挡层和第二子阻挡层，形成复合电子阻挡层，第一子阻挡层的平均Al组分百分数大于第二子阻挡层的平均Al组分百分数。
[0010]优选的，生长复合型电子阻挡层的步骤中，第一子阻挡层为单层AlGaN结构，其Al组分百分数为50％～100％，厚度为0.1nm～200nm；或者，第一子阻挡层为Al
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N/Al
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N超晶格结构，其中Al组分百分数x和y分别为70％～100％和60％～90％，其超晶格单周期厚度为0.1nm～100nm，周期数为1～100。
[0011]优选的，第二子阻挡层为Al组分渐变的单层AlGaN结构，其Al组分百分数由第一子阻挡层的平均Al组分百分数线性变化至p型AlGaN空穴注入层的平均Al组分百分数，且第二子阻挡层的生长温度、生长压力、III/V摩尔比随生长时间由第一子阻挡层的参数值线性变化至p型AlGaN空穴注入层的参数值，第二子阻挡层的厚度与其生长时间相适应。
[0012]其中，生长AlN本征层的步骤具体包括：在400～800℃条件下，于蓝宝石衬底上生长AlN本征层中的低温缓冲层，厚度为10～50nm；升温至1200～1400℃，于AlN本征层中的低温缓冲层上生长AlN本征层，AlN本征层的总厚度为500～4000nm。
[0013]其中，生长n型AlGaN电子注入层的步骤具体包括：降温至800～1200℃，于AlN本征层上生长n型AlGaN电子注入层，其中Al组分百分数为20～90％，厚度为500～4000nm。
[0014]其中，生长量子阱有源层的步骤具体包括：降温至700℃～1100℃，于n型AlGaN电子注入层上生长量子阱有源层，量子阱有源层包括AlGaN势垒层和AlGaN势阱层，AlGaN势垒层的厚度为5～30nm且其Al组分含量百分数为20～100％，AlGaN势阱层的厚度为0.1～5nm且其Al组分含量百分数为0.1～80％。
[0015]其中，生长p型AlGaN空穴注入层及p型GaN接触层的步骤具体包括：在700～1100℃条件下，于脉冲掺杂电子阻挡层上生长p型AlGaN空穴注入层，Al组分百分数为0.1～50％，厚度为1～50nm，并采用Mg作为p型掺杂剂；在400～900℃条件下，于p型AlGaN空穴注入层上生长p型GaN接触层，厚度为1～20nm，并采用Mg作为p型掺杂剂。
[0016]本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术提供一种具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED及制备方法，通过引入复合型电子阻挡层结构，提升了电子阻挡层的等效势垒高度，提高复合电子阻挡层对电子限制能力，同时改善空穴从p型AlGaN空穴注入层向量子阱有源层中的输运能力，从而提高了深紫外LED的发光效率。
附图说明
[0017]图1是本专利技术中具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，均属于本专利技术保护的范围。
[0019]对于本专利技术中提出的第一解决方案，请参阅图1，图1是本专利技术中具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED一实施方式的结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED，其特征在于，所述具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED包括依次层叠布置的蓝宝石衬底、AlN本征层、n型AlGaN电子注入层、量子阱有源层、复合电子阻挡层、p型AlGaN空穴注入层和p型GaN接触层；沿量子阱有源层至p型AlGaN空穴注入层的方向，所述复合电子阻挡层包括依次层叠布置的第一子阻挡层和第二子阻挡层，所述第一子阻挡层的平均Al组分百分数大于所述第二子阻挡层的平均Al组分百分数，且所述p型AlGaN空穴注入层的平均Al组分百分数小于所述第一子阻挡层的平均Al组分百分数。2.根据权利要求1中所述的具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED，其特征在于，所述第一子阻挡层为单层AlGaN结构，其Al组分百分数为50％～100％，厚度为0.1nm～200nm。3.根据权利要求1中所述的具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED，其特征在于，所述第一子阻挡层为Al
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N/Al
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N超晶格结构，其中Al组分百分数x和y分别为70％～100％和60％～90％；所述第一子阻挡层的超晶格单周期厚度为0.1nm～100nm，周期数为1～100。4.根据权利要求1中所述的具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED，其特征在于，所述第二子阻挡层为Al组分渐变的单层AlGaN结构，其Al组分百分数由所述第一子阻挡层的平均Al组分百分数线性变化至所述p型AlGaN空穴注入层的平均Al组分百分数。5.一种如权利要求1～4中任一所述具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED的制备方法，其特征在于，其步骤依次包括：生长AlN本征层，生长n型AlGaN电子注入层，生长量子阱有源层，生长复合电子阻挡层，生长p型AlGaN空穴注入层及p型GaN接触层；所述生长复合电子阻挡层的步骤具体包括：在700～1100℃条件下，于所述量子阱有源层上依次生长第一子阻挡层和第二子阻挡层，形成复合电子阻挡层，所述第一子阻挡层的平均Al组分百分数大于所述第二子阻挡层的平均Al组分百分数。6.根据权利要求5中所述具有多Al组分电子阻挡层结构的深紫外LED的制备方法，其特征在于，所述生长复合电子阻挡层的步骤中，所述第一子阻挡层为单层AlGaN结构，其Al组分百分数为50％～100％，厚度为0.1nm～200nm；或者，所述第一子阻挡层为Al
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【专利技术属性】
技术研发人员：张骏，张毅，岳金顺，陈景文，
申请(专利权)人：苏州紫灿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：