[发明专利]一种实现短波长紫外LED的外延结构

说明书

技术领域

本发明属于紫外LED领域，具体的说是通过设计一种新的外延结构，从而获得发光波长更短的紫外LED，并且提高输出功率，提高芯片亮度，使其呈现更佳的发光性能。

背景技术

自上世界90年代，研究者将研究重心转向III族氮化物紫外发光器件，紫外LED发展到目前已经取得了阶段性的成就。紫外LED应用范围很广，如空气和水的净化、消毒，紫外医疗，高密度光学存储系统，全彩显示器，以及固态白光照明等等。然而依然存在一些难以突破的问题，如AlGaN基紫外LED的内量子效率和发射功率依然相对较低。

目前高Al组分的AlGaN基深紫外LED光源发光效率低的原因主要有：缺少能与AlGaN材料相匹配的衬底，晶格失配和热失配的外延层容易开裂；AlGaN材料的外延技术目前还不成熟，Al原子较大的粘性系数以及预反应的激烈程度都使得材料存在很大的缺陷；高Al组分AlGaN材料的载流子注入效率低，制约了紫外LED内量子效率的提高；高Al组分AlGaN材料的结构性质决定其出光效率低。

因此，如何提高AlGaN基紫外LED的内量子效率和发射功率，仍是亟待研究的课题。

发明内容

本发明的目的在于设计一种实现短波长紫外LED的外延结构，从而获得发光波长更短的紫外LED，并且提高输出功率，提高芯片亮度，使其呈现更佳的发光性能。

本发明所采用的技术方案：一种实现短波长紫外LED的外延结构，所述外延结构自下而上包括依次设置的衬底、GaN缓冲层、未掺杂的GaN层、掺杂N型GaN层、多量子阱AlGaN/GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、渐变P型AlGaN层和P型GaN层。

优选的，所述衬底为蓝宝石衬底。

优选的，所述GaN缓冲层的厚度为20～25nm，生长温度为530-550℃，并在1030-1080℃恒温6-8分钟使GaN缓冲层重结晶。

优选的，所述未掺杂的GaN层的厚度为2.0～2.5μm，生长温度为1030-1080℃。

优选的，所述掺杂N型GaN层的厚度为2.5-3μm，生长温度为1030-1080℃。

优选的，所述多量子阱AlGaN/GaN层由多量子阱AlGaN层和多量子阱GaN层按6个周期的交替生长而成，其中每层多量子阱AlGaN层组分比例为Al_0.15Ga_0.85N，厚度为8-10nm；每层多量子阱GaN层为2-3nm厚，生长温度为1020-1050℃。

优选的，所述P型AlGaN电子阻挡层的组分比例为Al_0.3Ga_0.7N，厚度为10-15nm，生长温度为960-1000℃。

优选的，所述渐变P型AlGaN层具体组分为Al_xGa_1-x，x为从0.25到0.1的线性降低，厚度为90-110nm，生长温度为960-1000℃。

优选的，所述P型GaN层的厚度为20-25nm，生长温度为960-1000℃，并在680-730℃下退火20-25分钟。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明采用渐变P型AlGaN层，能减少极化效应，削弱电子阻挡层EBL到P型层之间的能带弯曲，使得红移现象得到改善，呈现更短的发光波长，发光强度也随之增大。(2)本发明由于采用渐变P型AlGaN层，使得该紫外LED芯片的输出功率得到大幅度提升，且输出功率随电流的增幅增大，呈现较好的功率性能。(3)本发明由于采用渐变P型AlGaN层，降低了电子和空穴复合的难易程度，因而所需的能量下降，使得具有更小的开启电压。(4)本发明由于采用渐变P型AlGaN层，使得芯片随电流的增加其电压改变较小，显示出更好的二极管性能。(5)本发明由于采用渐变P型AlGaN层，能更有效实现P性掺杂，增强导电性，促使电阻降低，从而减小工作电压，这有利于减少紫外LED芯片的能耗，节约能源。

附图说明

图1为本发明一种实现短波长紫外LED的外延结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。