[發明專利]一種無應變AlInGaN深紫外LED外延結構

有效

• 申請號: 201910792759.0
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN110611019B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 尹以安;廖峰波
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/14;H01L33/32
• 代理公司: 廣州專理知識產權代理事務所(普通合伙) 44493
• 代理人: 譚昉

本發明屬于深紫外LED半導體及其制造的技術領域，提供了一種基于非極性面AlN自支撐襯底的無應變AlInGaN深紫外LED外延結構。其結構為依次排布的非極性面AlN自支撐襯底、N型摻雜的Al_aGa_(1?a)N層、晶格匹配的Al_xGa_(1?x)N/Al_yIn_zGa_(1?y?z)N多量子阱有源區發光層、與有源區最后一個壘層匹配的P型Al_bIn_cGa_(1?b?c)N電子阻擋層以及P型Al_aGa_(1?a)N層，本發明能夠從根本上除去深紫外LED結構中強極化，消除所有對有源區能帶結構的彎曲影響，極大的提高有源區的內電子與空穴的復合，從而提高深紫外LED內量子量效率，改善發光。

技術領域

本發明屬于深紫外LED半導體及其制造的技術領域，具體涉及一種基于非極性面AlN自支撐襯底的無應變AlInGaN深紫外LED外延結構。

背景技術

LED與傳統的光源相比擁有低能耗、體積小、壽命長等優勢。特別是波長在200-400nm的紫外LED，在照明、殺菌、醫療、印刷、聚合物固化、環境保護、生化檢測、高密度的信息儲存和保密通訊等領域具有重大應用價值，近年來引起了人們的高度關注，成為全球半導體領域研究和投資的新熱點。

目前紫外LED的核心技術壁壘在于其外延材料和芯片制備方面，紫外LED波長越短，技術難度越大，但同時產業附加值也越高。以 AlGaN代表的Ⅲ族氮化物半導體材料是實現紫外和深紫外LED的核心。經過研究者們多年的不斷努力，AlGaN深紫外LED雖然取得了大幅度進展，但由于高Al組分AlGaN結構材料存在著缺陷密度高、強極化、摻雜激活難、正面出光少等科學和技術難題，因而所制備的紫外LED發光器件仍存在內量子效率、載流子注入效率和沿C軸方向正面出光效率較低的難題，因而制約了高效深紫外LED的發展。

常規AlGaN基深紫外LED結構大多數是生長在藍寶石襯底上。然而藍寶石C面上外延AlGaN基深紫外LED中存在極強的極化電場。極化電場來自于沿C軸方向的自發極化和壓電極化。這種極化會使得深紫外LED的多量子阱區能帶彎曲嚴重，電子和空穴的波函數在空間上分離，這種分離導致有源區內電子空穴的有效的復合幾率降低，從而影響AlGaN基LED發光效率。同時，極化電場使得載流子輸運受阻，最終導致載流子分布不均勻，也就是說，要改善器件的發光性能，需要抑制極化效應。

發明內容

針對以上問題，因同質外延可以大幅提高外延材料與器件性能，而使用AlN自支撐襯底同質外延出高鋁組分的高質量AlGaN晶體，可消除材料本身的自極化，用于深紫外發光；并利用能帶裁剪工程，尋找與深紫外的有源區阱層晶格常數匹配(也稱無應變)的四元Al_yIn_zGa_(1-y-z)N壘層來消除壓電極化。同時考慮電子阻擋層對有源區能帶彎曲的影響，設計了與有源區中最后一個壘層Al_yIn_zGa_(1-y-z)晶格匹配的電子阻擋Al_bIn_cGa_(1-b-c)N層。

本發明的技術內容如下：