[发明专利]In-Si共掺杂量子阱的AlGaN基深紫外LED外延结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种In‑Si共掺杂量子阱的AlGaN基深紫外LED外延结构及其制备方法，其包括按从下至上的顺序依次分布衬底、低温AlGaN缓冲层、高温AlN层、AlGaN/AlGaN超晶格应力缓冲层、n型AlGaN层、有源发光区AlGaN/AlGaN多量子阱、电子阻挡p型AlGaN层、电流扩展p型AlGaN层和p型GaN接触层。本发明在多量子阱区域引入In‑Si共掺杂原子，能够实现对多量子阱有源区的非辐射复合中心的湮灭，增强有源区的辐射复合发光，提升深紫外LED外延结构的内量子效率，同时In‑Si原子能钳制住高温下的位错迁移，提升器件长时间工作条件下的可靠性。

技术领域

本发明涉及属于深紫外LED外延结构技术领域，特别涉及一种In-Si共掺杂量子阱的AlGaN基深紫外LED外延结构及其制备方法。

背景技术

目前深紫外LED的电光效率普遍在3-5％之间，主要是由于AlN模板的晶体质量较差、量子阱内量子效率较低、光提取效率较低，其中内量子效率一般在80％以下，存在一定的提升空间，影响内量子效率的主要因素有：强的极化电场引起量子阱中的空穴和电子波函数重叠减少，降低了辐射复合几率；蓝宝石衬底上生长的AlN模板中的位错延伸到量子阱区域，降低辐射复合发光；低AlN组分量子阱中本身的点缺陷密度较大，导致非辐射复合中心增加；载流子的限制能力较弱，电子容易泄露，同时空穴注入不足，导致辐射复合较少。其中量子阱中的非辐射复合中心是目前影响量子阱内量子效率的一个主要因素，这关系到后续器件工作过程中的可靠性，非辐射复合中心在大电流、高温下会进一步增多，从而使器件的电光效率降低，因此，急需从结构设计和生长方面解决这一问题。

公开号“CN111063753B”，名称为“一种利用Mg掺杂量子阱增强发光效率的AlGaN基深紫外LED外延结构及其制备方法”，其公开了一种利用Mg掺杂量子阱增强发光效率的AlGaN基深紫外LED外延结构及其制备方法，其在LED的多量子阱有源发光层的阱层中间三分之一进行Mg杂质掺杂，以提高LED的内量子效率和光提取效率。其虽然采用Mg掺杂多量子阱结构来抑制量子限制斯塔克效应，但是多量子阱因为Al组分相对较低，生长的材料质量较差，存在大量的非辐射复合中心，可靠性相对不够理想。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种In-Si共掺杂量子阱的AlGaN基深紫外LED外延结构及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种In-Si共掺杂量子阱的AlGaN基深紫外LED外延结构，衬底为蓝宝石或者AlN单晶，其包括按从下至上的顺序依次分布衬底、低温AlGaN缓冲层、高温AlN层、AlGaN/AlGaN超晶格应力缓冲层、n型AlGaN层、有源发光区AlGaN/AlGaN多量子阱、电子阻挡p型AlGaN层、电流扩展p型AlGaN层和p型GaN接触层，所述有源发光区AlGaN/AlGaN多量子阱包括周期性重复叠设的垒层和阱层，所述阱层进行In-Si共掺杂。

作为本发明的一种优选方案，n型或p型AlGaN的组分为30-85％。所述的有源发光区AlGaN/AlGaN多量子阱的量子垒的组分为40-65％。所述的有源发光区AlGaN/AlGaN多量子阱的量子阱的组分为40-65％。所述的垒层和阱层的厚度为1-20nm。

一种上述的In-Si共掺杂量子阱的AlGaN基深紫外LED外延结构的制备方法，其包括以下步骤：

(1)清洁处理：将所述衬底在温度1200～1400℃、压力75～200torr、H₂和N₂混合气作为载气的条件下，清洗处理1-10分钟；

(2)生长低温AlN缓冲层：在温度900～1000℃、压力20～80torr、V/III比为100～4000、H₂和N₂混合气作为载气的条件下，在所述衬底上生长出低温AlN缓冲层；