[发明专利]一种无应变AlInGaN深紫外LED外延结构

说明书

本发明属于深紫外LED半导体及其制造的技术领域，提供了一种基于非极性面AlN自支撑衬底的无应变AlInGaN深紫外LED外延结构。其结构为依次排布的非极性面AlN自支撑衬底、N型掺杂的Al_aGa_(1‑a)N层、晶格匹配的Al_xGa_(1‑x)N/Al_yIn_zGa_(1‑y‑z)N多量子阱有源区发光层、与有源区最后一个垒层匹配的P型Al_bIn_cGa_(1‑b‑c)N电子阻挡层以及P型Al_aGa_(1‑a)N层，本发明能够从根本上除去深紫外LED结构中强极化，消除所有对有源区能带结构的弯曲影响，极大的提高有源区的内电子与空穴的复合，从而提高深紫外LED内量子量效率，改善发光。

技术领域

本发明属于深紫外LED半导体及其制造的技术领域，具体涉及一种基于非极性面AlN自支撑衬底的无应变AlInGaN深紫外LED外延结构。

背景技术

LED与传统的光源相比拥有低能耗、体积小、寿命长等优势。特别是波长在200-400nm的紫外LED，在照明、杀菌、医疗、印刷、聚合物固化、环境保护、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大应用价值，近年来引起了人们的高度关注，成为全球半导体领域研究和投资的新热点。

目前紫外LED的核心技术壁垒在于其外延材料和芯片制备方面，紫外LED波长越短，技术难度越大，但同时产业附加值也越高。以 AlGaN代表的Ⅲ族氮化物半导体材料是实现紫外和深紫外LED的核心。经过研究者们多年的不断努力，AlGaN深紫外LED虽然取得了大幅度进展，但由于高Al组分AlGaN结构材料存在着缺陷密度高、强极化、掺杂激活难、正面出光少等科学和技术难题，因而所制备的紫外LED发光器件仍存在内量子效率、载流子注入效率和沿C轴方向正面出光效率较低的难题，因而制约了高效深紫外LED的发展。

常规AlGaN基深紫外LED结构大多数是生长在蓝宝石衬底上。然而蓝宝石C面上外延AlGaN基深紫外LED中存在极强的极化电场。极化电场来自于沿C轴方向的自发极化和压电极化。这种极化会使得深紫外LED的多量子阱区能带弯曲严重，电子和空穴的波函数在空间上分离，这种分离导致有源区内电子空穴的有效的复合几率降低，从而影响AlGaN基LED发光效率。同时，极化电场使得载流子输运受阻，最终导致载流子分布不均匀，也就是说，要改善器件的发光性能，需要抑制极化效应。

发明内容

针对以上问题，因同质外延可以大幅提高外延材料与器件性能，而使用AlN自支撑衬底同质外延出高铝组分的高质量AlGaN晶体，可消除材料本身的自极化，用于深紫外发光；并利用能带裁剪工程，寻找与深紫外的有源区阱层晶格常数匹配(也称无应变)的四元Al_yIn_zGa_(1-y-z)N垒层来消除压电极化。同时考虑电子阻挡层对有源区能带弯曲的影响，设计了与有源区中最后一个垒层Al_yIn_zGa_(1-y-z)晶格匹配的电子阻挡Al_bIn_cGa_(1-b-c)N层。

本发明的技术内容如下：