一種duv led外延片結構的制作方法
【專利摘要】本發明屬于光電子器件領域，具體是一種DUV LED外延片結構，包括襯底，所述襯底上表面從下至上依次為緩沖層、n?AlGaN層、多量子阱發光層、p?AlGaN層以及p?GaN接觸層；所述多量子阱發光層是由若干對阱層和壘層依次從下向上交替堆疊組成的，該阱層為Al1?xInxN/AlzInyGa1?y?zN/Al1?xInxN。采用在低In組分的Al1?xInxN阱層中插入AlzInyGa1?y?zN薄層的結構，來調控重空穴帶、輕空穴帶、晶體場劈裂空穴帶的相對位置，提高TE模光而降低TM模光的比例，從而提高DUV LED的發光效率。
【專利說明】
一種DUV LED外延片結構
技術領域
[0001]本發明屬于光電子器件領域，具體是一種一種DUVLED外延片結構。
【背景技術】
[0002]紫外發光二極管(LED)具有環保無毒、耗電低、體積小以及壽命長等優點，符合新時代下環保、節能等要求。AlGaN基LED發光波長可以覆蓋210nm-360nm的范圍，其中210nm-300nm屬于深紫外波段。深紫外LED在印刷、醫療、凈化、偵查、數據存儲以及照明等方面都有重大應用價值。
[0003]與GaN基藍光LED相比，波長短于300nm的深紫外LED的發光效率普遍較低。隨著AlGaN基LED發光波長逐漸變短，發光層AlGaN中的Al組分要隨之增加，材料外延生長、摻雜、以及器件制作的難度也隨之增大，光輸出功率則逐漸降低。一方面，當Al組分高于0.5時，晶體場分裂空穴帶取代重空穴帶和輕空穴帶成為價帶頂，使得正面出光的光發射(TE模)迅速被側面出光的光發射(TM模)所取代，這就根本上限制了光提取效率。另一方面，隨著Al組分的增加，施主/受主的激活能相應增加，使得P型摻雜激活率很低，室溫下空穴濃度很低。Al組分高于0.5時，ρ-AlGaN中空穴濃度太低不能和電極之間形成良好的歐姆接觸，為了降低P型歐姆接觸電阻需要引入P-GaN帽層，但是p-GaN會吸收光子而降低發光效率。這也是高Al組分AlGaN LED采用底部發光的倒裝結構的原因。而傳統的圖形化襯底，表面粗化，減反射層，尚反光鏡等技術在提尚深紫外LED光提取效率方面效果有限。
【發明內容】
[0004]本發明為了提高DUV LED的發光效率，提供了一種DUV LED外延片結構。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:一種DUVLED外延片結構，包括襯底，所述襯底上表面從下至上依次為緩沖層、n-AlGaN層、多量子阱發光層、p-AlGaN層以及p-GaN接觸層;所述多量子阱發光層是由若干對阱層和皇層依次從下向上交替堆疊組成的，該阱層為Ah—xInxN/AlzInyGapy—zN/Ah—xInxN，其中 0〈χ〈0.15，y 和z 的取值要滿足 Eg(Al JnyGa1T2NXEg(Al1-JnxN)，皇層為AlN;所述講層中AlzInyGa1-y-zN層的厚度為0.3?2nm，講層的厚度小于皇層的厚度。
[0006]本發明技術方案中采用在低In組分的Al1IlnxN阱層中插入AlzInyGa1-y-zN薄層的結構，來調控重空穴帶、輕空穴帶、晶體場劈裂空穴帶的相對位置，X值主要是調控發光波長的，使目標波長位于深紫外的區間。薄層結構的厚度太大會使得AlzInyGamN插入層充當量子阱的角色，使得非目標波長的發光峰出現以及波譜展寬，而削弱目標波長的發光峰，厚度太小不易控制，而且起不到相應的作用。
[0007]優選的，所述講層中兩層Α1ι-χΙηχΝ層的總的厚度為2?5nm，皇層的厚度為5?20nmo
[0008]進一步，所述緩沖層為AlN緩沖層，或者是由AlN層和AlGaN/GaN超晶格組成的緩沖層。
[0009]進一步，所述多量子阱發光層中阱層和皇層的周期數為1-20對。
[0010]進一步，多量子阱發光層制備過程中Al1-xInxN層的生長溫度與AlzInyGa1-y—ZN層的生長溫度相同，簡化工藝避免升降溫過程。
[0011]本發明所述的一種DUV LED外延片結構，采用在低In組分的Al1-xInxN阱層中插入AlzInyGa1-y-zN薄層的結構，來調控重空穴帶、輕空穴帶、晶體場劈裂空穴帶的相對位置，提高TE模光而降低TM模光的比例，從而提高DUV LED的發光效率。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明提供的DUVLED外延結構的結構示意圖(襯底為藍寶石)。當然，在一些實施例中也可采用其他襯底材料，如S1、SiC等。
[0013]圖2為本發明實施例2提供的Al1-xlnxN/AlzInyGai—y—zN/Ah—χΙηχΝ/Α1Ν結構量子阱的價帶示意圖，其中x=0.1，y=z=0.05。如圖所示，在Al0.gln0.1N中插入Al0.Q5ln().()5Ga().9N薄層能夠調控能帶，使得重空穴帶和輕空穴帶位于晶體場劈裂帶之上，意味著量子阱輻射復合產生的光分量主要是TE模的光，也就是是提高了垂直于c面的光發射，有利于提高器件的發光效率。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
一種DUV LED外延片的結構，該外延片的結構為包括襯底及所述襯底上從下至上依次為AlN緩沖層、n-AlGaN層、多量子阱發光層、p-AlGaN層以及p-GaN接觸層;所述多量子阱發光層是由I對講層和皇層依次從下向上交替堆疊組成的，該講層為Al1-xInxN/AlzInyGa1-y-zN/Ali—xInxN，其中χ=0.I，y=z=0，皇層為AlN;所述講層中AlzInyGa1-y—ZN層的厚度為0.3nm，兩層Ali—xInxN層的總的厚度為5nm，皇層的厚度為20nmo
[0015]實施例2
一種DUV LED外延片的結構，該外延片的結構為包括襯底及所述襯底上從下至上依次為AlN層和AlGaN/GaN超晶格組成的緩沖層、n-AlGaN層、多量子阱發光層、p-AlGaN層以及P-GaN接觸層;所述多量子阱發光層是由10對阱層和皇層依次從下向上交替堆疊組成的，該阱層為 Al1-xInxN/AlzInyGa1-y-ZN/Ali—xInxN，其中 x=0.14, y=z=0.05,皇層為 AIN;所述講層中AlzInyGa1-y—ZN層的厚度為lnm，兩層Ali—xInxN層的總的厚度為3nm，皇層的厚度為1nm0
[0016]實施例3
一種DUV LED外延片的結構，該外延片的結構為包括襯底及所述襯底上從下至上依次為AlN緩沖層、n-AlGaN層、多量子阱發光層、p-AlGaN層以及p-GaN接觸層;所述多量子阱發光層是由20對講層和皇層依次從下向上交替堆疊組成的，該講層為Al1-xInxN/AlzInyGa1-y-ΖΝ/Α1ι—xInxN，其中x=0.05，y=0.1，2=0，皇層為厶11'1;所述講層中厶1211^&1—7—21'1層的厚度為2nm，兩層Ali—xInxN層的總的厚度為5nm，皇層的厚度為8nm。
[0017]實施例4
一種DUV LED外延片的結構，該外延片的結構為包括襯底及所述襯底上從下至上依次為AlN緩沖層、n-AlGaN層、多量子阱發光層、p-AlGaN層以及p-GaN接觸層;所述多量子阱發光層是由20對講層和皇層依次從下向上交替堆疊組成的，該講層為Al1-xInxN/AlzInyGa1-y-zN/Al1-xInxN，其中1=0.05，:^=0，2=0.05，皇層為六1?^;所述講層中六1211^&11-2?^層的厚度為
0.8nm，兩層Α1ι-χΙηχΝ層的總的厚度為2nm，皇層的厚度為5nm0
【主權項】
1.一種DUV LED外延片結構，包括襯底，所述襯底上表面從下至上依次為緩沖層、n-AlGaN層、多量子阱發光層、P-AlGaN層以及p-GaN接觸層;其特征在于，所述多量子阱發光層是由若干對講層和皇層依次從下向上交替堆疊組成的，該講層為Al1-xInxN/AlzInyGa1-y-zN/Al1—xInxN，其中0〈x〈0.15，y和z的取值要滿足Eg(AlzInyGa1—y—zN)〈 Eg(Al1-XlnxN)，皇層為AlN;所述講層中AlzInyGa1-y-zN層的厚度為0.3?2nm，講層的厚度小于皇層的厚度。2.根據權利要求1所述的一種DUVLED外延片結構，其特征在于，所述阱層中兩層Al1-xInxN層的總的厚度為2?5nm，皇層的厚度為5?20nm。3.根據權利要求1或2所述的一種DUVLED外延片結構，其特征在于，所述緩沖層為AlN緩沖層，或者是由AlN層和AlGaN/GaN超晶格組成的緩沖層。4.根據權利要求1或2所述的一種DUVLED外延片結構，其特征在于，所述多量子阱發光層中阱層和皇層的周期數為1-20對。5.根據權利要求3所述的一種DUVLED外延片結構，其特征在于，所述多量子阱發光層中阱層和皇層的周期數為1-20對。6.根據權利要求1或2所述的一種DUVLED外延片結構，其特征在于，多量子阱發光層制備過程中Al1IlnxN層的生長溫度與AlzInyGa1-y-zN層的生長溫度相同。7.根據權利要求3所述的一種DUVLED外延片結構，其特征在于，多量子阱發光層制備過程中Al1IlnxN層的生長溫度與AlzInyGa1-y-zN層的生長溫度相同。8.根據權利要求4所述的一種DUVLED外延片結構，其特征在于，多量子阱發光層制備過程中Al1IlnxN層的生長溫度與AlzInyGa1-y-zN層的生長溫度相同。9.根據權利要求5所述的一種DUVLED外延片結構，其特征在于，多量子阱發光層制備過程中Al1IlnxN層的生長溫度與AlzInyGa1-y-zN層的生長溫度相同。
【文檔編號】H01L33/32GK105895759SQ201610466350
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】盧太平, 朱亞丹, 趙廣洲, 許并社
【申請人】太原理工大學