反极性紫外LED外延结构及其制备方法与流程

本发明涉及半导体发光器件技术领域，尤其涉及一种反极性紫外led外延结构及其制备方法。

背景技术：

深紫外铝氮化镓基发光二极管（light-emittingdiode，led）作为一种高效、环保和绿色新型固态照明光源，具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高及使用功耗低等优点，使其得以广泛应用。特别地，随着led行业的迅猛发展，led在照明领域的应用所占比例越来越高。

现有的led外延结构从下向上依次包括：衬底、aln外延缓冲层、高温aln层、al组分渐降p型algan层、algan/alingan多量子阱超晶格发光层、n型algan/gan电流扩展层、n型接触层。由于现有的led外延生长于蓝宝石衬底，因缺陷密度高以及杂质激能量高导致掺杂困难，特别是p形参杂更加不易，导致载流子注入效率低，使得光效偏低，同时因为量子局限史塔克效应，导致量子阱符合效率下降，两种因素叠加使得紫外led的量子效率进一步降低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种反极性紫外led外延结构及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明一实施方式提供一种反极性紫外led外延结构，所述反极性紫外led外延结构包括：衬底，aln外延缓冲层，algan层，p型alvga(1-v)n：mg接触层，p型aln层，al组分渐变的p型alxga(1-x)n垒层，alingan/algan多量子阱超晶格发光层，n型alyga(1-y)n层，n型alwga(1-w)n接触层。

为了实现上述发明目的另一，本实施方式提供一种反极性紫外led外延结构的制备方法，所述方法包括：

s1、提供一衬底；

s2、将所述衬底放置于溅射机台，在温度环境为450~700℃下，在所述衬底上生长aln薄膜以形成aln外延缓冲层；

s3、将形成有aln外延缓冲层的衬底放置于mocvd内；

s4、在温度环境为1000~1200℃、生长压力为50~200torr下，在所述aln外延缓冲层上生长高温algan层；

s5、在温度环境为1000~1200℃、生长压力为50~200torr下，在所述algan层上生长高温p型alvga(1-v)n：mg接触层；

s6、在温度环境为1000~1200℃、生长压力为50~200torr下，在所述高温p型alvga(1-v)n：mg接触层上生长高温p型aln层；

s7、在温度环境为1000~1200℃、生长压力为50~200torr下，在所述高温p型aln层上生长al组分渐变的p型alxga(1-x)n垒层；

s8、在温度环境为950~1100℃、生长压力为50~300torr下，在所述al组分渐变的p型alxga(1-x)n垒层上依次生长alingan量子阱层和algan量子垒层；

s9、重复步骤s8执行5~25个周期，形成低温alingan/algan多量子阱超晶格发光层；

s10、在温度环境为950~1200℃、生长压力为100~400torr下，在所述低温alingan/algan多量子阱超晶格发光层上生长高温n型alyga(1-y)n层；

s11、在温度环境为950~1200℃、生长压力为100~400torr下，在所述高温n型alyga(1-y)n层上生长高温n型alwga(1-w)n接触层。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述aln缓冲层的制备厚度为10~100nm。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高温algan层的制备厚度为0.5~2um。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高温p型alvga(1-v)n：mg接触层的制备厚度为0.02~0.1um，al组分v不低于0.5，掺杂浓度为1*1019/cm3~1*1020/cm3。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高温p型aln层的制备厚度为0.02~0.1um，掺杂浓度为1*1019/cm3~1*1020/cm3。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述al组分渐变的p型alxga(1-x)n垒层的制备厚度为0.3~1umum，其中，al组分是沿着生长方向由高到低渐变，al组分x初始值为1~0.95，渐变至最终值0.1~0.45，掺杂浓度为0/cm3~1*1020/cm3。

作为本发明一实施方式的进一步改进，每一层alingan量子阱层和algan量子垒层的制备厚度均为0.1~5nm。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高温n型alyga(1-y)n层的制备厚度为20~200nm，al组分y不低于多重量子垒的al组分，掺杂浓度为1*1018/cm3~2*1019/cm3。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高温n型alwga(1-w)n接触层的制备厚度为20~80nm，al组分w值不高于高温n型alyga(1-y)n层中al组分y值，掺杂浓度为1*1018/cm3~1*1020/cm3。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的反极性紫外led外延结构及其制备方法，解决了现有技术中紫外alingan基led量子效率低的问题，通过改变传统的led延着基板从n型量子阱到p型的外延结构及生长顺序，使其变更为p型algan量子阱发光层到n型algan的生长方式，进而使操作时的外加电厂与量子阱内的极化电厂方向相反，提高载流子的符合效率，同时p型p型alxga(1-x)n层的al组分x沿着外延生长方向从1变至大于0的数值，利用极化电场效应产生p形参杂，进一步解决p形参杂困难的问题。

附图说明

图1是本发明一实施方式中反极性紫外led外延结构的结构示意图；

图2是本发明一实施方式中反极性紫外led外延结构的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

如图1所示，本发明一实施方式提供一种反极性紫外led外延结构，所述反极性紫外led外延结构从下向上依次包括：

衬底10，aln外延缓冲层20，algan层30，p型alvga(1-v)n：mg接触层40，p型aln层50，al组分渐变的p型alxga(1-x)n垒层60，alingan/algan多量子阱超晶格发光层70，n型alyga(1-y)n层80，n型alwga(1-w)n接触层90。

结合图2所示，本发明一实施方式中，提供一种如上所述反极性紫外led外延结构的制备方法，所述方法包括：

s1、提供一衬底；

本发明一实施方式中，衬底的材料为蓝宝石衬底，当然，在本发明的其他实施方式中，衬底也可以为其他衬底材料，如si、sic等。

s2、将所述衬底放置于溅射机台，在温度环境为450~700℃下，在所述衬底上生长aln薄膜以形成aln外延缓冲层；

本发明一实施方式中，aln外延缓冲层的厚度为10~100nm。

s3、将形成有aln外延缓冲层的衬底放置于mocvd内；

s4、在温度环境为1000~1200℃、生长压力为50~200torr下，在所述aln外延缓冲层上生长高温algan层；

本发明一实施方式中，algan层的厚度为0.5~2um。

s5、在温度环境为1000~1200℃、生长压力为50~200torr下，在所述algan层上生长高温p型alvga(1-v)n：mg接触层；

本发明一实施方式中，p型alvga(1-v)n：mg接触层的厚度为0.02~0.1um，al组分v不低于0.5，掺杂浓度为1*10¹⁹/cm³~1*10²⁰/cm³。

需要说明的是，若该层为p型，则所述掺杂浓度指代的介质为mg，若该层为n型，则所述掺杂浓度指代的介质为si。

s6、在温度环境为1000~1200℃、生长压力为50~200torr下，在所述高温p型alvga(1-v)n：mg接触层上生长高温p型aln层；

本发明一实施方式中，p型aln层的厚度为0.02~0.1um，掺杂浓度为1*10¹⁹/cm³~1*10²⁰/cm³。

s7、在温度环境为1000~1200℃、生长压力为50~200torr下，在所述高温p型aln层上生长al组分渐变的p型alxga(1-x)n垒层；

al组分渐变的p型alxga(1-x)n垒层的厚度为0.3~1umum，其中，al组分是沿着生长方向由高到低渐变，al组分x的初始值为1~0.95，渐变至最终值0.1~0.45，掺杂浓度为0/cm³~1*10²⁰/cm³。

s8、在温度环境为950~1100℃、生长压力为50~300torr下，在所述al组分渐变的p型alxga(1-x)n垒层上依次生长alingan量子阱层和algan量子垒层；

alingan/algan多量子阱超晶格发光层70中，每一层alingan量子阱层和algan量子垒层的厚度均为0.1~5nm。

s9、重复步骤s8执行5~25个周期，形成低温alingan/algan多量子阱超晶格发光层；

alingan/algan多量子阱超晶格发光层中，每一层alingan量子阱层和algan量子垒层的厚度均为0.1~5nm。

s10、在温度环境为950~1200℃、生长压力为100~400torr下，在所述低温alingan/algan多量子阱超晶格发光层上生长高温n型alyga(1-y)n层；

所述n型alyga(1-y)n层的al组分y不低于多重algan量子垒层中的al组分，掺杂浓度为1*10¹⁸/cm³~2*10¹⁹/cm³。

s11、在温度环境为950~1200℃、生长压力为100~400torr下，在所述高温n型alyga(1-y)n层上生长高温n型alwga(1-w)n接触层。

n型alwga(1-w)n接触层的厚度为20~80nm，al组分w值不高于高温n型alyga(1-y)n层中al组分y值，掺杂浓度为1*10¹⁸/cm³~1*10²⁰/cm³。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例一：

在本实施方式中，反极性紫外led外延结构的制备方法具体包括：

m1、提供蓝宝石衬底；

m2、将所述衬底放置于溅射机台，在温度环境为600℃下，在所述衬底上生长aln薄膜以形成厚度为20nm的aln外延缓冲层；

m3、将形成有aln外延缓冲层的衬底放置于mocvd内，进行后续的外延生长；

m4、在温度环境为1150~1180℃、生长压力为150~200torr下，在所述aln外延缓冲层上生长厚度为0.8~1um的高温algan层；

m5、在温度环境为1130~1150℃、生长压力为100ttorr下，在所述algan层上生长厚度为0.05um的高温p型alvga(1-v)n：mg接触层，其中，al组份v值为0.5，其掺杂浓度为1*10²⁰/cm³；

m6、在温度环境为1130~1150℃、生长压力为50torr下，在所述高温p型alvga(1-v)n：mg接触层上生长厚度为0.02um的高温p型aln层，其掺杂浓度为1*10²⁰/cm³；

m7、在温度环境为1130~1150℃、生长压力为50torr下，在所述高温p型aln层上生长厚度为0.6um的al组分渐变的p型alxga(1-x)n垒层；其中，al组分是沿着生长方向由高到低渐变，al组分x的初始值为1，渐变至最终值0.45，掺杂浓度为3*10¹⁹/cm³。

m8、在温度环境为1100℃、生长压力为100torr下，在所述al组分渐变的p型alxga(1-x)n垒层上依次生长厚度为0.3nm的alingan量子阱层和厚度为3nm的algan量子垒层；

m9、重复步骤s8执行20个周期，形成低温alingan/algan多量子阱超晶格发光层；

m10、在温度环境为1100℃、生长压力为100torr下，在所述低温alingan/algan多量子阱超晶格发光层上生长厚度为200nm的高温n型alyga(1-y)n层；其中，al组份y值为0.65，掺杂浓度为1*10¹⁹/cm³。

m11、在温度环境为1100℃、生长压力为100torr下，在所述高温n型alyga(1-y)n层上生长厚度为20~80nm的高温n型alwga(1-w)n接触层，其中，al组分w值为0.35，掺杂浓度为3*10¹⁹/cm³。

实施例二：

在本实施方式中，反极性紫外led外延结构的制备方法具体包括：

n1、提供硅衬底；

n2、将所述衬底放置于溅射机台，在温度环境为600℃下，在所述衬底上生长aln薄膜以形成厚度为30nm的aln外延缓冲层；

n3、将形成有aln外延缓冲层的衬底放置于mocvd内，进行后续的外延生长；

n4、在温度环境为1150~1180℃、生长压力为150~200torr下，在所述aln外延缓冲层上生长厚度为0.8~1um的高温algan层。

n5、在温度环境为1130~1150℃、生长压力为100ttorr下，在所述algan层上生长厚度为0.05um的高温p型alvga(1-v)n：mg接触层接触层，其中，al组份v值为0.5，其掺杂浓度为1*10²⁰/cm³；

n6、在温度环境为1130~1150℃、生长压力为50torr下，在所述高温p型alvga(1-v)n：mg接触层上生长厚度为0.02um的高温p型aln层，其掺杂浓度为1*10²⁰/cm³；

n7、在温度环境为1130~1150℃、生长压力为50torr下，在所述高温p型aln层上生长厚度为0.6um的al组分渐变的p型alxga(1-x)n垒层；其中，al组分是沿着生长方向由高到低渐变，al组分x的初始值为1，渐变至最终值0.45，掺杂浓度为3*10¹⁹/cm³。

n8、在温度环境为1100℃、生长压力为100torr下，在所述al组分渐变的p型alxga(1-x)n垒层上依次生长厚度为0.3nm的alingan量子阱层和厚度为3nm的algan量子垒层；

n9、重复步骤s8执行20个周期，形成低温alingan/algan多量子阱超晶格发光层；

n10、在温度环境为1100℃、生长压力为100torr下，在所述低温alingan/algan多量子阱超晶格发光层上生长厚度为200nm的高温n型alyga(1-y)n层；其中，al组份y值为0.65，掺杂浓度为1*10¹⁹/cm³。

n11、在温度环境为1100℃、生长压力为100torr下，在所述高温n型alyga(1-y)n层上生长厚度为20~80nm的高温n型alwga(1-w)n接触层，其中，al组分w值为0.35，掺杂浓度为3*10¹⁹/cm³。

综上所述，本发明的反极性紫外led外延结构及其制备方法，解决了现有技术中紫外alingan基led量子效率低的问题，通过改变传统的led延着基板从n型量子阱到p型的外延结构及生长顺序，使其变更为p型algan量子阱发光层到n型algan的生长方式，进而使操作时的外加电厂与量子阱内的极化电厂方向相反，提高载流子的符合效率，同时p型p型alxga(1-x)n层的al组分x沿着外延生长方向从1变至大于0的数值，利用极化电场效应产生p形参杂，进一步解决p形参杂困难的问题。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。