[发明专利]紫外LED外延结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种紫外LED外延结构及其制备方法，属于氮化物半导体发光器件的外延生长技术领域，包含：衬底、缓冲层、N型铝镓氮层、多量子阱发光层、电子阻挡层、P型铝镓氮层和P型氮化镓层；多量子阱发光层中的每一个量子垒层包含多个子层，所述子层的厚度和铝分子的含量按照由底向上的生长方向先递增后递减，递增和递减的分界层为每个量子垒层位于中间的子层。本发明提升了AlGaN基紫外LED的内量子效率和光输出功率。

技术领域

本发明涉及氮化物半导体发光器件的外延生长，尤其涉及一种紫外LED外延结构及其制备方法。

背景技术

随着GaN基蓝光LED应用和发展，研究者们发现紫光LED在照明，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具有广阔的应用价值。与现有的紫外汞灯相比，其具有体积小、耗能低、寿命长、环保无毒等优点。因此，紫外LED将来很有可能完全取代传统紫外光源。

目前，制备紫外LED的材料主要是AlGaN材料，然而由于高质量的AlGaN材料比较难获得以及材料之间存在较强的极化效应从而限制了紫外LED在各方面的应用。为了获得深紫外LED，只能通过提高外延材料中的Al组分，尤其是改变量子阱中的铝组分。但是当提高外延材料的铝组分时，实现高质量和高浓度P型掺杂都是比较难的。同时，由于量子阱和量子垒之间的组分差异较大，从而使量子阱内存在较强的极化电场。有源区内存在强的极化电场，会导致紫外LED的能带弯曲以及有源区内电子与空穴函数的空间分离，从而降低了辐射复合效率，最终使紫外LED存在低的内量子效率、低的光输出功率和效率下降等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种紫外LED外延结构及其制备方法,以解决现有紫外LED存在低的内量子效率、低的光输出功率和效率下降的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种紫外LED外延结构，由底向上依次包括：衬底、缓冲层、N型铝镓氮层、多量子阱发光层、电子阻挡层、P型铝镓氮层和P型氮化镓层；所述多量子阱发光层中的每一个量子垒层包含多个子层，所述子层的厚度和铝分子的含量按照由底向上的生长方向先递增后递减，递增和递减的分界层为每个量子垒层位于中间的子层。

进一步的，所述多量子阱发光层中的每一个量子垒层包含5个子层，按照由底向上的生长方向依次排列为Al_y1Ga_1-y1N、Al_y2Ga_1-y2N层、Al_y3Ga_1-y3N层、Al_y4Ga_1-y4N层、Al_y5Ga_1-y5N层，所述5个子层的厚度及其中的铝组分含量都不同。

进一步的，所述多量子阱发光层中每一个量子垒层厚度为10-20nm。

进一步的，所述多量子阱发光层中的每一个量子垒层包含5个子层，按照由底向上的生长方向依次排列为Al_y1Ga_1-y1N、Al_y2Ga_1-y2N层、Al_y3Ga_1-y3N层、Al_y4Ga_1-y4N层、Al_y5Ga_1-y5N层，第一层与第五层的厚度均为1.5-3nm，第二层与第四层的厚度均为2-4nm，第三层的厚度为3-6nm。