一种深紫外发光二极管及其外延生长方法与流程

本发明涉及半导体光电领域，尤其涉及一种深紫外发光二极管及其外延生长方法。

背景技术：

1、在紫外线中，波长在200纳米至350纳米的光线被称为深紫外线。而深紫外发光二极管因其高效、环保、节能、可靠等优势，在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大的应用价值，这些优势是普通的紫外发光二极管所无法比拟的。

2、目前深紫外发光二极管中，在aln模板上生长algan时，由于algan材料与aln材料之间的晶格失配，使得algan材料产生压电极化效应，导致量子阱有源层内部产生强大的压电应力，使得量子阱有源层内部产生强大的内建极化电场。在内建极化电场的作用下，量子阱有源层的能带发生倾斜，导致注入量子阱中的电子和空穴在空间上分离、从而使波函数交叠量减少，进而使深紫外发光二极管的发光效率下降，进一步使量子阱有源层发射的光线发光峰(吸收边)红移，上述现象称为量子限制斯塔克效应(quantum confine starkeffect，qcse)。

3、因此，亟需一种深紫外发光二极管及其外延生长方法以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种深紫外发光二极管及其外延生长方法，用于改善现有技术的深紫外发光二极管中量子阱有源层的发光效率较低的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种深紫外发光二极管，包括由下至上层叠设置的衬底、本征层、n型半导体层、量子阱有源层、电子阻挡层以及p型半导体层；

3、其中，深紫外发光二极管还包括应力释放层，应力释放层设置于n型半导体层与量子阱有源层之间，应力释放层用于减小量子阱有源层内部的压电应力。

4、在本发明实施例所提供的深紫外发光二极管中，应力释放层包括多个第一子层和多个第二子层交替形成的超晶格结构，第一子层采用alxga1-xn作为生长材料，第二子层采用alyga1-yn作为生长材料，第一子层与n型半导体层相接触；

5、其中，第一子层的al组分占比x以及第二子层的al组分占比y的取值范围满足0＜x＜100％且0＜y＜100％。

6、在本发明实施例所提供的深紫外发光二极管中，应力释放层中的每一个超晶格周期内均掺杂有n型掺杂剂，掺杂浓度范围在5e17cm-3至1e19cm-3之间；或者，应力释放层中每间隔一个超晶格周期掺杂有n型掺杂剂，掺杂浓度范围在5e17cm-3至1e19cm-3之间。

7、在本发明实施例所提供的深紫外发光二极管中，在超晶格结构中，第一子层的厚度范围在1nm至15nm之间，第二子层的厚度范围在1nm至15nm之间；超晶格结构的超晶格周期数大于5。

8、在本发明实施例所提供的深紫外发光二极管中，第一子层的al组分占比x以及第二子层的al组分占比y的差值的绝对值大于0.05；

9、其中，第一子层以及第二子层中al组分占比较小的能带隙大于量子阱有源层的发光波长的能量。

10、在本发明实施例所提供的深紫外发光二极管中，深紫外发光二极管还包括设置于应力释放层与量子阱有源层之间的半导体间隔层，半导体间隔层的材料为algan。

11、在本发明实施例所提供的深紫外发光二极管中，半导体间隔层的厚度范围在5nm至100nm之间；半导体间隔层中的al组分含量大于超晶格结构中al组分占比较小层的al组分含量。

12、在本发明实施例所提供的深紫外发光二极管中，深紫外发光二极管还包括n型电极和p型电极；

13、其中，应力释放层与n型半导体层之间形成台阶状结构，且应力释放层的面积小于n型半导体层的面积，p型电极设置于p型半导体层上，n型电极设置于n型半导体层的台阶结构处。

14、相应地，本发明还提出了一种深紫外发光二极管的外延生长方法，上述方法包括：

15、在一衬底上外延生长本征层；

16、在本征层上外延生长n型半导体层；

17、在n型半导体层上外延生长应力释放层；

18、在应力释放层上外延生长量子阱有源层；

19、在量子阱有源层上外延生长电子阻挡层；

20、在电子阻挡层上外延生长p型半导体层；

21、其中，应力释放层用于减小量子阱有源层内部的压电应力。

22、在本发明实施例所提供的深紫外发光二极管的外延生长方法中，在应力释放层上外延生长量子阱有源层的步骤还包括：

23、在应力释放层上外延生长半导体间隔层；

24、在半导体间隔层上外延生长量子阱有源层；

25、其中，半导体间隔层的材料为algan，半导体间隔层的厚度范围在5nm至100nm之间。

26、本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种深紫外发光二极管及其外延生长方法，深紫外发光二极管包括由下至上层叠设置的衬底、本征层、n型半导体层、量子阱有源层、电子阻挡层以及p型半导体层；其中，深紫外发光二极管还包括应力释放层，应力释放层设置于n型半导体层与量子阱有源层之间，应力释放层用于减小量子阱有源层内部的压电应力；本发明通过在n型半导体层与量子阱有源层之间设置应力释放层，其中，应力释放层用于减小量子阱有源层内部的压电应力，从而提高了量子阱有源层内部的载流子复合效率，进而增加了深紫外发光二极管的发光功率。

技术特征：

1.一种深紫外发光二极管，其特征在于，包括由下至上层叠设置的衬底、本征层、n型半导体层、量子阱有源层、电子阻挡层以及p型半导体层；

2.根据权利要求1所述的深紫外发光二极管，其特征在于，所述应力释放层包括多个第一子层和多个第二子层交替形成的超晶格结构，所述第一子层采用alxga1-xn作为生长材料，所述第二子层采用alyga1-yn作为生长材料，所述第一子层与所述n型半导体层相接触；

3.根据权利要求2所述的深紫外发光二极管，其特征在于，所述应力释放层中的每一个超晶格周期内均掺杂有n型掺杂剂，掺杂浓度范围在5e17cm-3至1e19cm-3之间；或者，所述应力释放层中每间隔一个超晶格周期掺杂有n型掺杂剂，掺杂浓度范围在5e17cm-3至1e19cm-3之间。

4.根据权利要求2所述的深紫外发光二极管，其特征在于，在所述超晶格结构中，所述第一子层的厚度范围在1nm至15nm之间，所述第二子层的厚度范围在1nm至15nm之间；所述超晶格结构的超晶格周期数大于5。

5.根据权利要求2所述的深紫外发光二极管，其特征在于，所述第一子层的al组分占比x以及所述第二子层的al组分占比y的差值的绝对值大于0.05；

6.根据权利要求2所述的深紫外发光二极管，其特征在于，所述深紫外发光二极管还包括设置于所述应力释放层与所述量子阱有源层之间的半导体间隔层，所述半导体间隔层的材料为algan。

7.根据权利要求6所述的深紫外发光二极管，其特征在于，所述半导体间隔层的厚度范围在5nm至100nm之间；所述半导体间隔层中的al组分含量大于所述超晶格结构中al组分占比较小层的al组分含量。

8.根据权利要求1所述的深紫外发光二极管，其特征在于，所述深紫外发光二极管还包括n型电极和p型电极；

9.一种深紫外发光二极管的外延生长方法，其特征在于，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的深紫外发光二极管的外延生长方法，其特征在于，所述在所述应力释放层上外延生长量子阱有源层的步骤还包括：

技术总结
本发明提供了一种深紫外发光二极管及其外延生长方法，深紫外发光二极管包括由下至上层叠设置的衬底、本征层、N型半导体层、量子阱有源层、电子阻挡层以及P型半导体层；其中，深紫外发光二极管还包括应力释放层，应力释放层设置于N型半导体层与量子阱有源层之间，应力释放层用于减小量子阱有源层内部的压电应力；本发明通过在N型半导体层与量子阱有源层之间设置应力释放层，其中，应力释放层用于减小量子阱有源层内部的压电应力，从而提高了量子阱有源层内部的载流子复合效率，进而增加了深紫外发光二极管的发光功率。

技术研发人员：岳金顺,陈景文,张骏,张毅
受保护的技术使用者：苏州紫灿科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12