[发明专利]一种深紫外LED外延片及其制造方法

说明书

本发明提供了一种深紫外LED外延片，属于半导体光电子技术领域，包括LED外延片上设置于衬底和电子阻挡层之间的缓冲层，所述缓冲层为多层宽禁带直接带隙半导体设置构成多层子缓冲层，不同层宽禁带直接带隙半导体的带隙能不全相同。本发明还提供了一种深紫外LED外延片制造方法。本发明基于简单的多缓冲层结构，使得工艺简单可控，可在常规深紫外LED外延结构加工工艺上进行改进，便于实际推广和应用。

技术领域

本发明涉及一种深紫外LED外延片及其制造方法，属于半导体光电子技术领域。

背景技术

传统杀菌消毒紫外灯为汞灯，具有诸多应用问题，如：汞有毒，且留存在环境中难以去除。另外，汞灯体积大，应用场景有比较大的限制，同时汞灯易碎，也是使用领域扩展的障碍。

而深紫外LED具有体积小、寿命长、无毒等优点，能够非常有效地杀灭细菌，对炭疽孢子，大肠杆菌，流感，疟疾等病毒具有高速高效灭杀的功能，被广泛用于表面、空气、水杀菌等。同时，由于深紫外UVC波段属于日盲波段，且传输距离短，所以在军事领域上用于短距离强抗干扰通信。

AlGaN材料由于其禁带宽度大、发光波长可控等优势，成为了人们制备紫外 LED的首选材料。

然而本发明的发明人发现：AlGaN基紫外LED目前仍然面临着严重的困难，一方面高质量的 AlGaN 材料制备较为困难，由于AlGaN材料与衬底之间具有较大的晶格失配和热失配，导致薄膜中产生大量裂纹以及位错，严重影响晶体质量及器件的制备；另一方面，由于AlGaN 材料具有较大的自发极化强度，将导致材料中存在更多的极化电荷。这些极化电荷将会在 AlGaN量子阱有源区中引入较强的极化电场，导致量子阱区域能带弯曲，导带电子和价带空穴的波函数产生空间分离，从而使电子和空穴的辐射复合效率降低，器件发光减弱。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种深紫外LED外延片及其制造方法，该深紫外LED外延片基于简单的多缓冲层结构，该深紫外LED外延片制造方法工艺简单可控，由此可在常规深紫外LED外延结构加工工艺上进行改进，便于实际推广和应用。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种深紫外LED外延片，包括LED外延片上设置于衬底和电子阻挡层之间的缓冲层，所述缓冲层为多层宽禁带直接带隙半导体设置构成多层子缓冲层，不同层宽禁带直接带隙半导体的带隙能不全相同。

所述多层宽禁带直接带隙半导体中，任意上层宽禁带直接带隙半导体的带隙能不高于下层宽禁带直接带隙半导体的带隙能。

所述最底层子缓冲层生长厚度为50~1000nm，任意其他层生长厚度为100~5000nm。

所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、氧化锌或石墨烯。

本发明还提供一种深紫外LED外延片制造方法，在LED外延片的衬底或AlN层之上生长缓冲层，所述缓冲层采用层叠生长多层子缓冲层得到，多层子缓冲层为物质组成种类相同、金属含量不同的宽禁带直接带隙半导体。

所述宽禁带直接带隙半导体为Al_xGa_1-xN。

所述多层子缓冲层中，任意上层子缓冲层的金属含量不高于下层子缓冲层的金属含量。

所述多层子缓冲层中，最底层生长温度低于任意其他层生长温度，且任意上层生长温度不低于相对下层生长温度；所述多层子缓冲层中，最底层生长厚度小于任意其他层生长厚度，且任意上层生长厚度不小于相对下层生长厚度。

所述多层宽禁带直接带隙半导体中，由底向上V/III比逐层减小，且均为100~5000。

所述宽禁带直接带隙半导体的生长设备为金属有机化学气相沉积设备、分子束外延设备或氢化物气相外延设备。