[发明专利]一种提升紫外LED外延材料结晶质量的生长方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电子领域，具体涉及一种新的紫光LED外延方法。

背景技术

随着LED应用的发展，紫光LED的市场需求越来越大，发光波长覆盖210-400nm的紫外LED，具有传统紫外光源无法比拟的优势。紫外LED不仅可以用在照明领域，同时在生物医疗、防伪鉴定、空气，水质净化、生化检测、高密度信息储存等方面都可替代传统含有毒有害物质的紫外汞灯，在目前的LED背景下，紫光市场前景非常广阔。

目前紫外LED外延生长技术还不够成熟，生长高性能紫外LED的材料制备困难，并且p层掺杂难度大，发光区域发光效率低下等限制，导致紫外LED芯片的发光效率不高，制备成本高，难度大，成品率低。

紫光LED芯片市场潜力巨大，应用领域广阔，价格昂贵，因此如何制备结晶质量较好、高功率的紫外LED芯片，是当前亟需解决的问题。

发明内容

本发明是一种新的生长紫外LED的外延方法，能够明显改善紫外LED外延生长材料的结晶质量，提升紫外LED的发光强度。

本发明的基本方案如下：

一种提升紫外LED外延材料结晶质量的生长方法，包括以下步骤：

（1）以蓝宝石作为生长基底，生长低温AlN层；

（2）生长高温AlN层；

（3）生长若干个周期的超薄AlGaN/AlN层，每个周期中AlGaN采用Al组分先渐变减小、再渐变增大的方式生长，然后再生长AlN；

（4）生长掺杂硅烷的n型AlGaN层；

（5）生长若干个周期的AlxGa1-xN/AlGaN超晶格层，x<y；

（6）生长若干个周期的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN（y>x）量子阱垒区，x<y；

（7）生长掺杂镁p型AlGaN阻挡层；

（8）生长掺杂镁p型AlGaN层；

（9）生长掺杂镁p型GaN层；

（10）在氮气氛围下，退火。

以上所称的“高温”、“低温”在本领域是具有明确意义的技术术语。

基于上述基本方案，本发明还做如下优化限定和改进：

步骤（3）的每个周期先以Al组分渐变减小的方式生长1-3nm，再以Al组分渐变增大的方式生长1-3nm，然后生长3-5nm的AlN薄层。

步骤（3）中每个周期的生长具体可以按照以下操作进行：在温度1060℃，打开TMGa和TMAl，其中TMAl一直保持40umol/min,TMGa的流量从0逐渐增加到300umol/min，生长1.5nm，再逐渐减小TMGa的流量从300umol/min到0，生长1.5nm；然后关闭TMGa，生长3nm的AlN薄层。

步骤（5）共生长10个周期，每个周期的厚度7nm；步骤（6）共生长8个周期，每个周期中的阱层AlxGa1-xN和垒层AlyGa1-yN的厚度分别为4nm和8nm。

以上x、y的优选取值范围是0.1<x<0.4，0.3<y<0.6。

相应的，按照上述方法制得的外延片结构，主要包括依次生长的以下各层：

蓝宝石基底；

低温AlN层；

高温AlN层；

若干个周期的超薄AlGaN/AlN层，每个周期中的AlGaN沿生长方向Al组分先渐变减小、再渐变增大；

掺杂硅烷的n型AlGaN层；

若干个周期的AlxGa1-xN/AlGaN超晶格层，x<y；

若干个周期的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN（y>x）量子阱垒区，x<y；

掺杂镁p型AlGaN阻挡层；

掺杂镁p型AlGaN层；

掺杂镁p型GaN层。

该外延片结构也相应作如下优化限定：

上述若干个周期的超薄AlGaN/AlN层中，每个周期可以先以Al组分渐变减小的方式生长1-3nm，再以Al组分渐变增大的方式生长1-3nm，然后生长3-5nm的AlN薄层。

上述若干个周期的AlxGa1-xN/AlGaN超晶格层，共有10个周期，每个周期的厚度7nm；所述若干个周期的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN（y>x）量子阱垒区，共有8个周期，每个周期中的阱层AlxGa1-xN和垒层AlyGa1-yN的厚度分别为4nm和8nm。

以上0.1<x<0.4，0.3<y<0.6。

本发明具有以下有益效果：