[發明專利]一種提高紫外LED光輸出功率的外延結構

在審

• 申請號: 201710171254.3
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106935690A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 何苗;黃波;熊德平;楊思攀;周海亮
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/32
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所44329
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明屬于紫外LED領域，具體的說是通過設計一種新的外延結構提高紫外LED芯片的晶體質量，優化電子阻擋層的電子阻擋效果，減少電子泄露，從而改善紫外LED器件的效率下降，提高光輸出功率。

背景技術

紫外發光波段中的UV-A區域，其發光波長通常在320nm-400nm之間。此波段的紫外光在很多方面有應用，如紫要求外固化、錢幣辨偽、人造日光、空氣凈化以及照明等方面。現階段紫外LED期間的生產工藝水平存在諸多問題，特別是波長范圍在275nm-320nm的UV-B,波長范圍在100nm-275nm的UV-C，其工藝更高，生產難度更大。因此，UV-A波段的紫外LED，特別是波長范圍在360nm-400nm的近紫外波段LED對研究來說更具吸引力。此波段的紫外LED，其量子阱有源區是基于GaN、InGaN材料，且n型、p型區基于低于Al組分的AlGaN材料，使其生長工藝更接近成熟的藍光LED工藝，同時，也具有更高的發光效率和更好的可靠性。

對于InGaN基藍光LED的研究，已有很多優化LED性能的技術方法。因此，通過借鑒類似的方法解決近紫外AlGaN基LED中的問題，是一種可行性方案。例如在藍光LED中，人們通過引入電子阻擋層來減少有源區電子泄露。而在紫外LED中，要想達到理想的電子阻擋效果，對電子阻擋層中AlGaN材料中Al組分的要求較高，易導致生長過程中的p型摻雜較為困難，影響外延層晶體質量。本發明中，我們通過不提高EBL中Al組分的前提下，通過插入一層未摻雜的AlGaN來提高EBL的電子阻擋效果，進而提高LED的發光效率。

發明內容

本發明的目的在于提出一種提高紫外LED光輸出功率的外延結構，目的在于提高紫外LED芯片的晶體質量，優化電子阻擋層的電子阻擋效果，減少電子泄露，從而改善紫外LED器件的效率下降問題，提高光輸出功率。

本發明所采用的技術方案：一種提高紫外LED光輸出功率的外延結構，所述外延結構自下而上包括依次設置的襯底，GaN緩沖層，未摻雜的GaN層，摻雜N型GaN層，AlGaN/GaN多量子阱結構，插入層，電子阻擋層EBL，P型GaN層。

進一步的，所述襯底采用藍寶石襯底。

進一步的，所述GaN緩沖層厚度為20-25nm，生長溫度為530-550℃，并在1050℃恒溫6分鐘使GaN緩沖層重結晶。

進一步的，所述未摻雜的GaN層厚度為2.0-2.5μm，生長溫度為1050℃。

進一步的，所述摻雜N型GaN層的厚度為2.5-3.0μm，其中Si摻雜濃度為5x10¹⁸cm^-3，生長溫度為1050℃。

進一步的，所述多量子阱AlGaN/GaN結構由多量子阱AlGaN層和多量子阱GaN層按6個周期的交替生長而成，其中每層多量子阱AlGaN組分比例為Al_0.15Ga_0.85N，厚度為8-10nm；每層多量子阱GaN為2-3nm厚，生長溫度為1020℃。

進一步的，所述插入層為未摻雜Al_0.25Ga_0.75N，厚度為4-5nm，生長溫度為990℃。

進一步的，所述電子阻擋層EBL為P型Al_0.2Ga_0.8N層，厚度為20-25nm，其中Mg摻雜濃度為5x10¹⁷cm^-3。

進一步的，所述P型GaN層的厚度為80-100nm，生長溫度為990℃，并在700℃下退火20-25分鐘。

制造一種提高紫外LED光輸出功率的外延結構的方法，其特征在于:所采用制備儀器為MOCVD，所采用的的Ga源為三甲基鎵TMGa，Al源為三甲基鋁TMAl，氮源為氨氣NH₃，載氣為H₂，N型和P型摻雜源分別為硅烷SiH₄和二茂鎂Cp₂Mg。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

由于提高電子阻擋層材料的Al組分，易導致p型摻雜層生長難度加大，呈現較差的晶體質量。在本發明中，通過插入未摻雜的Al_0.25Ga_0.75N，且厚度較薄為5nm，能在實現較好的電子阻擋效果的狀態下，生長出質量較好的晶體。