[發明專利]短波長深紫外LED外延結構、其P型層材料及制法與應用

在審

• 申請號: 201910216106.8
• 申請日: 2019-03-20
• 公開（公告）號: CN111725364A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 徐峰;于國浩;鄧旭光;張麗;張寶順
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L33/04
• 分類號: H01L33/04;H01L33/02;H01L33/14;H01L33/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明公開了一種短波長深紫外LED外延結構、其P型層材料及制法與應用。所述P型層材料具有Al_xGa_1?xN/Al_yGa_1?yN超晶格結構，所述Al_xGa_1?xN/Al_yGa_1?yN超晶格結構包括交替生長形成的Al_xGa_1?xN勢壘層和Al_yGa_1?yN勢阱層；其中，x＞y，0＜x≤1、0≤y＜1。本發明可以根據深紫外LED發光波長變化的需要，靈活調整超晶格結構勢壘層和勢阱層金屬Al元素的合金比例參數x、y，能夠同時兼顧到P型材料透光性能與空穴載流子濃度的提升。

技術領域

本發明涉及氮化鎵(GaN)基三族氮化物薄膜材料及短波長紫外LED結構P型層材料外延制備工藝，特別涉及一種短波長深紫外LED外延結構、其P型層材料及制法與應用，屬于半導體技術領域。

背景技術

近年來，被譽為新一代光源的LED照明產業發展增速趨緩，正在經歷產業的轉型與裂變，越來越多與LED照明相關的新技術引起了業界人士的關注，例如可見光通信、紅外LED以及紫外(Ultra-Violet：UV)LED等。其中，紫外LED憑借其安全環保、高效低能耗、環境適應性廣等性能優勢，正在加速拓展在民用和工業領域的應用，并逐步取代傳統汞燈成為半導體照明行業關注的熱點，尤其是作為半導體及醫療衛生領域新增長點的深紫外(UVC：200～280nm)LED，在印刷、生化檢測、高密度信息儲存和保密通訊等領域具有重大應用價值，同時對大規模工業水處理、大面積空氣凈化和表面殺菌等領域的應用具有重要意義。

雖然紫外LED具有廣闊的市場前景和巨大的附加值，但傳統LED結構P型層材料的MOCVD制作方法嚴重制約了深紫外LED的發光效率和應用前景，具體體現在：傳統工藝通常對AlGaN薄膜進行Mg摻雜以獲得單層P型AlGaN材料(p-AlGaN)，而隨著LED發光波長向深紫外波段延伸，低Al組分的P-AlGaN會吸收量子阱的出射光，不利于深紫外LED器件的表面出光，因此P-AlGaN需要選用比量子阱發光層更高的Al組分，但是更高的Al組分會由于晶格失配產生更高密度的裂紋和位錯，同時也會增加Mg的激活能并降低Mg的摻雜效率，導致P-AlGaN材料難以獲得高的空穴載流子濃度，最終制約深紫外LED的發光效率。研究發現通過增加Mg摻雜濃度雖然可以獲得較高的空穴載流子濃度，但高濃度Mg摻雜同時也會惡化p-AlGaN薄膜材料的晶體質量。因此，利用單層p-AlGaN作為P型層材料存在的上述問題是制約短波長深紫外LED器件發光效率的重要因素。

發明內容

針對現有技術中短波長深紫外LED結構P型層材料生長技術難題，本發明的主要目的在于提供一種短波長深紫外LED外延結構、其P型層材料及制法與應用，進而克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種P型層材料，其應用于短波長深紫外LED的外延結構內，所述P型層材料具有周期性Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN超晶格結構，所述Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN超晶格結構包括交替層疊的Al_xGa_1-xN勢壘層和Al_yGa_1-yN勢阱層；其中，x＞y，且0＜x≤1、0≤y＜1。

進一步的，所述周期性Al_xGa_1-xN/Al_yG_a1-yN超晶格結構的周期數大于2。