【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于紫外led芯片，具体涉及一种algan基uvb外延片结构及其制备方法。
技术介绍
1、传统的algan基uvb外延结构都在aln模板的基底材料上生长algan材料。aln模板是algan基深紫外led外延生长的基底材料，模板的结晶质量直接决定了上层algan的晶体质量，高质量的aln模板可以有效降低algan的穿透位错密度(tdds)，提高以此材料为基础生长的led结构中电子和空穴的辐射复合效率，改善led的可靠性和寿命。
2、在aln模板表面生长algan基材料，为异质材料外延生长，两者存在晶格失配，晶格失配的大小和材料组分之间的差异相关，组分差异越大晶格失配越大。aln的晶格常数为a=0.3112nm，c=0.4982nm，gan的晶格常数为a=0.31896nm，c=0.51855nm，aln和gan的晶格失配为2.5%。根据vegard定律，al组分x（0≤x≤1）的alxga1-xn三元化合物，在完全弛豫的状态下，其晶格常数为aalxga1-xn=x*aaln+(1-x)*gan。因此对于一定组分的alxga1-xn(x＜1)，其晶格常数大于aln，且两者之间的晶格失配取决于组分x，x越大，alxga1-xn与aln的晶格失配就越大，在aln模板表面生长的alxga1-xn的形貌和晶体质量也就越差。
3、发光波长为294nm~300nm的uvb结构中，量子阱的组分为30%~39%，为了降低量子阱层和nalxga1-xn模板的晶格失配，需要生长较低组分的nalxga1-xn层，但是较
4、传统工艺uvb外延结构，一般会使用3对~10对量子垒/量子阱结构，且都为周期性重复性结构，在生长工艺的设置上也为周期性重复性的生长条件。
5、在外延生长过程中，al原子的迁移速率较低，为了提高迁移速率，需要较高的生长温度。aln模板的生长温度在1130~1250℃，对mocvd设备的高温性能有较高的要求，同时aln在生长过程中，在腔室内部、上盖、石墨盘表面生长的aln薄膜层会对后续外延层的生长温度产生影响，导致外延工艺生长的不稳定，影响aln模板结晶质量和形貌的稳定。因此，使用高温mocvd设备生长aln模板的产出良率比较低，且为了提高良率需要通过每炉次清理上盖来降低上盖aln薄膜层对控温的影响。因此传统工艺使用aln模板作为基底材料，存在门槛高、良率低且成本高的缺点。
6、使用aln模板作为基底材料，生长50%~60%组分的nalgan，会因为晶格失配的原因，导致nalgan形貌比较粗糙且位错密度高。为了改善nalgan的形貌和降低nalgan的位错密度，一般会使用单一组分alxga1-xn层进行过渡或者使用超晶格插入层来控制应变和阻挡位错的扩展，但是这两种方式都对工艺的调控要求比较高，比如使用aln/algan超晶格层需要增加aln和algan层的组分差，这对生长条件的要求比较苛刻，降低了工艺的重复性。虽然有明显的效果，但是都只是通过过渡和应力调控的方式来降低晶格失配导致的弛豫，减少弛豫过程中发生的位错增殖，并不能从根本上杜绝晶格失配。
7、传统uvb外延结构中，有源区的多对量子垒/量子阱生长参数为周期性重复性设计且生长条件也为周期性重复性，但是专利技术人在实验中发现按照重复性条件设计的多量子阱在实际生长后tem测试的量子阱的厚度并不是相同的，且sims测试量子阱的组分也不是固定组分，这都会导致实际的发光光谱半峰宽偏宽，有效波谱的积分强度占所有波谱积分强度的比值偏低。
8、公开号为cn103165777b的专利技术专利提供了一种具有梯形结构的 n 型插入层的led 外延片及其生长方法，虽然该方案中提到n型algan插入层为梯形结构，但是梯形结构可能导致在生长过程中出现应力不均匀，从而影响材料的结晶质量和器件的可靠性。
9、公开号为cn106920866a的专利技术专利申请提供了一种调控紫外发光二极管外延片波长的外延方法，非掺杂层中的载流子浓度难以精确控制，容易出现载流子分布不均匀的情况，这会导致在有源区产生不均匀的电场和电流分布，使得器件的发光效率不一致，影响发光的均匀性和稳定性，在显示应用中会造成显示亮度不均等问题。
技术实现思路
1、针对上述传统工艺使用aln模板作为基底材料，存在门槛高、良率低且成本高的缺点，且传统uvb外延结构中sims测试量子阱的组分不是固定组分的技术问题，本专利技术提供了一种algan基uvb外延片结构及其制备方法。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种algan基uvb外延片结构的制备方法，包括下列步骤：
4、s1、在蓝宝石衬底表面制备5nm~30nm的aln buffer层；
5、s2、将制备有aln buffer层的蓝宝石衬底放置在mocvd中生长结构层；s2.1、在alnbuffer层上生长300nm~400nm的3d algan层；s2.2、在3d algan层上生长2d algan层；s2.3、在2d algan层上生长al组分为50%~60%的algan层；s2.4、在algan层上生长掺si的nalgan层；s2.5、在掺si的nalgan层上生长多量子阱有源层；s2.6、在多量子阱有源层上生长ebl层；s2.7、在ebl层上生长空穴注入层；s2.8、在空穴注入层上生长空穴供给层。
6、所述s1中在蓝宝石衬底表面制备5nm~30nm的alnbuffer层的生长工艺为：温度为550℃~700℃，溅射功率为1000w~4000w，氮气流量为80sccm~200sccm，氧气流量为0.5sccm~5sccm，氩气流量为0.1sccm~40sccm，沉积时间为16s~100s。
7、所述s2.1中生长300nm~400nm的3d algan层的生长工艺为：温度由950℃渐变为1000℃，压力为20torr~35torr，tmal流量为120umol/min~150umol/min，tmga流量由480umol/min~600umol/min渐变为610umol/min~720umol/min，nh3流量为2000sccm~6000sccm，载气为h2和n2的混合气体，h2载气流量为15l/min~30l/min，n2载气流量为15l/min~30l/min，生长厚度为300nm~400nm。
8、所述s2.2中生长2d alg本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种AlGaN基UVB外延片结构的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的一种AlGaN基UVB外延片结构的制备方法，其特征在于，所述S1中在蓝宝石衬底（1）表面制备5nm~30nm的AlNbuffer层（2）的生长工艺为：温度为550℃~700℃，溅射功率为1000W~4000W，氮气流量为80sccm~200sccm，氧气流量为0.5sccm~5sccm，氩气流量为0.1sccm~40sccm，沉积时间为16s~100s。
3.根据权利要求1所述的一种AlGaN基UVB外延片结构的制备方法，其特征在于，所述S2.1中生长300nm~400nm的3D AlGaN层（3）的生长工艺为：温度由950℃渐变为1000℃，压力为20torr~35torr，TMAl流量为120umol/min~150umol/min，TMGa流量由480umol/min~600umol/min渐变为610umol/min~720umol/min，NH3流量为2000sccm~6000sccm，载气为H2和N2的混合气体，H2载气流量为15L/min~30
4.根据权利要求1所述的一种AlGaN基UVB外延片结构的制备方法，其特征在于，所述S2.2中生长2D AlGaN层（4）的生长工艺为：温度由1150℃渐变为1200℃，压力为20torr~35torr，TMAl流量为120umol/min~150umol/min，TMGa流量由600umol/min~750umol/min渐变为760umol/min~900umol/min，NH3流量为200sccm~600sccm，通入纯N2载气，载气流量为30L/min~60L/min，生长厚度为200nm~300nm；
5.根据权利要求1所述的一种AlGaN基UVB外延片结构的制备方法，其特征在于，所述S2.4中生长掺Si的nAlGaN层（6）的生长工艺为：温度为1100℃，压力为20torr~35torr，TMAl流量为120umol/min~150umol/min，TMGa流量为540~675umol/min，NH3流量为200sccm~600sccm，通入纯N2载气，载气流量为30L/min~60L/min，生长厚度为3500nm~4500nm，SiH4掺杂浓度为3E17cm-3~5E18cm-3。
6.根据权利要求1所述的一种AlGaN基UVB外延片结构的制备方法，其特征在于，所述S2.5中生长多量子阱有源层（7）的生长工艺为：周期数3对~5对，温度为1000℃~1050℃，压力为35torr~100torr，TMAl流量为80umol/min~100umol/min，TMGa流量为53umol/min~66umol/min；垒层Al组分60%~65%，厚度10 nm ~20nm，制备倒数第3个到第1个量子阱为固定组分量子阱，量子阱沿垂直于外延生长方向为正向，温度为1100℃，压力35torr~100torr，TMAl流量为40umol/min ~50umol/min，TMGa流量为160 umol/min ~200umol/min，阱层设定Al组分为20%~25%，实际组分为40%~45%，厚度为1.1nm~2nm；制备靠近p侧的2个量子阱层，温度为1100℃，压力为35torr~100torr，TMGa流量为160 umol/min~200umol/min，TMAl流量为由17.8umol/min~22.3umol/min渐变为8.45umol/min~10.5umol/min，阱层设定Al组分由10%渐变为5%，实际组分为30%~39%，厚度为1.1nm~2nm。
7.根据权利要求1所述的一种AlGaN基UVB外延片结构的制备方法，其特征在于，所述S2.6中生长EBL层（8）的生长工艺为：EBL层（8）采用多量子阱结构或单层EBL，多量子阱结构的周期数为1对~5对，垒层Al组分为60%~80%，厚度为6nm~20nm，阱层Al组分为40%~50%，厚度为1.5nm~3.5nm；单层EBL的组分为60%~80%，厚度为30nm~70nm。
8.根据权利要求1所述的一种AlGaN基UVB外延片结构的制备方法，其特征在于，所述S2.7中生长空穴注入层（9）的生长工艺为：空穴注入层（9）为组分渐变的pAlGaN，Al组分由0.7渐变为0.35，厚度为15nm~40nm，Mg掺杂浓度为1E19cm-3~2E20cm-3。
9.根据权利要求1所述的一种AlGaN基UVB外延片结构的制备方法...
【技术特征摘要】
1.一种algan基uvb外延片结构的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的一种algan基uvb外延片结构的制备方法，其特征在于，所述s1中在蓝宝石衬底（1）表面制备5nm~30nm的alnbuffer层（2）的生长工艺为：温度为550℃~700℃，溅射功率为1000w~4000w，氮气流量为80sccm~200sccm，氧气流量为0.5sccm~5sccm，氩气流量为0.1sccm~40sccm，沉积时间为16s~100s。
3.根据权利要求1所述的一种algan基uvb外延片结构的制备方法，其特征在于，所述s2.1中生长300nm~400nm的3d algan层（3）的生长工艺为：温度由950℃渐变为1000℃，压力为20torr~35torr，tmal流量为120umol/min~150umol/min，tmga流量由480umol/min~600umol/min渐变为610umol/min~720umol/min，nh3流量为2000sccm~6000sccm，载气为h2和n2的混合气体，h2载气流量为15l/min~30l/min，n2载气流量为15l/min~30l/min，生长厚度为300nm~400nm。
4.根据权利要求1所述的一种algan基uvb外延片结构的制备方法，其特征在于，所述s2.2中生长2d algan层（4）的生长工艺为：温度由1150℃渐变为1200℃，压力为20torr~35torr，tmal流量为120umol/min~150umol/min，tmga流量由600umol/min~750umol/min渐变为760umol/min~900umol/min，nh3流量为200sccm~600sccm，通入纯n2载气，载气流量为30l/min~60l/min，生长厚度为200nm~300nm；
5.根据权利要求1所述的一种algan基uvb外延片结构的制备方法，其特征在于，所述s2.4中生长掺si的nalgan层（6）的生长工艺为：温度为1100℃，压力为20torr~35torr，tmal流量为120umol/min~150umol/min，tmga流量为540~675umol/min，nh3流量为200sccm~600sccm，通入纯n2载气，载气流量为30l/min~60l/min，生长厚度为3500nm~4500nm，sih4掺杂浓度为3e17cm-3~5e18cm-3。
6.根据权利要求1所述的一种algan基uvb外延片结构的制备方法，其特征在于，所述s2.5中生长多量子阱有源层（7）的生长工艺为：周期数3对~5对，温度为1000℃~1050℃，压力为35torr~100torr，tmal流量为80umol/min~100umol/min，tmga流量为53umol/min~66umol/min...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐广源，李佳璐，张童，李晋闽，
申请(专利权)人：山西中科潞安紫外光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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