[發明專利]高外量子效率的深紫外LED及其制備方法

有效

• 申請號: 202110299523.0
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113054064B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 孫慧卿;楊亞峰;彭麟杰;蘇哈;郭志友
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/32;H01L33/14;H01L33/40;H01L33/00
• 代理公司: 佛山粵進知識產權代理事務所(普通合伙) 44463
• 代理人: 耿鵬

1.高外量子效率的深紫外LED，其特征在于，其包括：

圖形化的藍寶石襯底，其具有上表面和下表面，所述上表面和下表面均設置有正六邊形排布的微圓頂型結構陣列；

外延疊層，設置于所述圖形化的藍寶石襯底上，所述外延疊層包括依次層疊的AlN層、AlN/AlGaN超晶格緩沖層、n-AlGaN層、Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN 多量子阱結構、p-AlGaN電子阻擋層和p-GaN接觸層，其中x≠y；

電極層，設置于所述p-GaN接觸層的表面，所述電極層包含Al反射電極層；

其中，所述外延疊層具有一mesa臺階，所述mesa臺階暴露所述n-AlGaN層，在所述n-AlGaN層表面，靠近所述多量子阱一側設置有Al-SiO₂核殼結構的納米顆粒陣列，所述Al-SiO₂核殼結構由Al納米顆粒以及包裹所述Al納米顆粒的SiO₂保護殼構成，所述納米顆粒陣列圍繞所述多量子阱結構設置，所述納米顆粒陣列與所述多量子阱結構的間距為5~10nm；相鄰所述Al納米顆粒之間的距離為20~50nm。

2.根據權利要求1的所述深紫外LED，其特征在于，所述Al納米顆粒為正方體、圓柱體、球體、六棱柱體以及三角椎體中的至少一種。

3.根據權利要求2的所述深紫外LED，其特征在于，所述Al納米顆粒選用正方體，所述正方體的邊長為15~30nm，所述SiO₂保護殼的厚度為2~3nm。

4.根據權利要求1至3的任一項所述深紫外LED，其特征在于，所述微圓頂型結構的高度為50nm，其直徑為100~300nm，相鄰所述微圓頂型結構的間距為100nm。

5.根據權利要求1至3之一的所述深紫外LED，其特征在于，所述多量子阱結構中阱層Al組分x=0.6，壘層Al組分y=0.7；所述Al反射電極層的厚度為100~300nm。

6.根據權利要求1至3之一的所述深紫外LED，其特征在于，所述電極層還包含一p電極，所述p電極設置于所述Al反射電極的表面；所述n-AlGaN層的表面設置有一n電極，所述n電極設置于所述n-AlGaN層表面遠離所述多量子阱的一側。

7.高外量子效率的深紫外LED的制備方法，其特征在于，其包括如下步驟：

在藍寶石襯底的上下表面分別沉積氮化硅膜層；

以正六邊形排布的微圓頂型聚甲基丙烯酸甲酯作為掩膜圖案，選用反應離子刻蝕工藝將聚甲基丙烯酸甲酯的圖案轉移至氮化硅膜層，以圖形化所述氮化硅膜層；

以圖形化后的所述氮化硅膜層作為掩膜，采用感應耦合等離子體刻蝕工藝刻蝕所述藍寶石襯底的上下表面，獲得其上下表面設置的六邊形排布的微圓頂型單元的陣列結構；

通過金屬有機化學氣相沉積工藝在所述藍寶石襯底上表面的六邊形排布的微圓頂型單元陣列結構上依次外延生長AlN層、AlN/AlGaN超晶格緩沖層、n-AlGaN層、Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN 多量子阱結構、p-AlGaN電子阻擋層和p-GaN接觸層，其中x≠y，以形成有外延疊層的外延片；

在所述p-GaN接觸層表面依次沉積金屬Al層、退火以及刻蝕形成Al反射電極層；

采用感應耦合等離子體刻蝕工藝刻蝕所述外延片至所述n-AlGaN層形成mesa臺階，暴露所述n-AlGaN層；

在所述mesa臺階的所述n-AlGaN層表面靠近多量子阱一側沉積周期性排列的Al納米顆粒；

在所述Al納米顆粒表面沉積SiO₂保護殼，形成Al-SiO₂核殼結構的納米顆粒陣列，所述納米顆粒陣列圍繞所述多量子阱結構設置，所述納米顆粒陣列與所述多量子阱結構的間距為5~10nm，相鄰所述Al納米顆粒之間的距離為20~50nm；

在所述Al反射電極表面沉積p電極，在所述n-AlGaN層表面遠離多量子阱一側沉積n電極。