提高紫外led紫外光纯度的结构及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及紫外LED领域，尤其涉及一种提高紫外LED紫外光纯度的结构及其方法。
【背景技术】
[0002]氮化镓基紫外LED是一种新兴的固态发光元器件，该种元器件在印刷行业，光固化行业以及全色彩白光照明行业有着巨大的应用潜力。如图1所示，通常先在蓝宝石衬底50上生长缓冲层40，接着生长一层掺杂有Si元素的Si掺杂氮化镓层30作为电子注入层，然后生长用于发光的活性层20，最后再生长一层掺杂有Mg元素的Mg掺杂氮化镓层10作为空穴注入层。活性层使用铟镓氮材料生长，通过改变铟元素与镓元素的比例关系来调整半导体材料的禁带宽度，这样氮化镓紫外LED的发光波长可以在360nm至410nm之间连续改变，以满足获得所需波长的紫外LED。
【发明内容】
[0003]在紫外LED中使用Mg元素作为掺杂剂生长ρ型氮化镓时，存在问题:由于Mg在氮化镓材料中的空穴电离能较高，为了获得足够浓度的空穴浓度，具有实际应用价值的Mg掺杂氮化镓中，Mg掺杂量通常达到1?3E19/cm3量级;Mg掺杂氮化镓层的晶体生长温度通常在1000K到1300K之间，由于Mg元素的离子半径较Ga元素小很多和Mg掺杂氮化镓中Mg掺杂浓度过高，因此在扩散定律的作用下，将会导致Mg元素向活性层扩散;在紫外LED中，如果Mg元素扩散至活性层中，则在其发光谱中存在一个430nm的蓝色发光峰。由于以上三个因素的作用，发光波长在360nm至410nm的紫外LED在发射紫外光的同时也会发射一定强度的蓝色光，导致紫外LED发出蓝紫色光，因此导致紫外LED的紫外光纯度降低。
[0004]为此，本发明提出了一种可以解决上述问题的至少一部分的新高紫外LED紫外光纯度的结构及其方法。
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种提高紫外LED紫外光纯度的结构，包括Mg掺杂氮化镓层、活性层、高纯度不掺杂氮化镓层、Si掺杂GaN层、缓冲层和衬，其中，所述缓冲层生长在所述衬底上部;所述Si掺杂GaN层生长在所述缓冲层上部;所述活性层生长在所述高纯度不掺杂氮化镓层上部;所述Mg掺杂氮化镓层生长在所述活性层上部。
[0006]可选地，根据本发明的提高紫外LED紫外光纯度的结构，进一步包括:不掺杂铝镓氮帽层和Si掺杂铝镓氮层，其中，所述不掺杂铝镓氮帽层生长在所述Si掺杂铝镓氮层上部，所述高纯度不掺杂氮化镓层生长在所述不掺杂铝镓氮帽层上部。
[0007]可选地，根据本发明的提高紫外LED紫外光纯度的结构，其中，所述衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底。
[0008]可选地，根据本发明的提高紫外LED紫外光纯度的结构，其中，所述不掺杂铝镓氮帽层厚度范围为2-10nm，所述Si掺杂铝镓氮层厚度范围为0.02-0.2umo
[0009]可选地，根据本发明的提高紫外LED紫外光纯度的结构，其中，所述不掺杂铝镓氮帽层厚度为6nm，所述Si掺杂招镓氮层厚度为0.lum0
[0010]可选地，根据本发明的提高紫外LED紫外光纯度的结构，其中，所述Mg掺杂氮化镓层厚度范围为200-300nm，所述活性层厚度范围为200-300nm，所述高纯度不掺杂氮化镓层厚度范围为200-400nm，所述Si掺杂GaN层厚度范围为l-2um，所述缓冲层厚度范围为20-30nmo
[0011]可选地，根据本发明的提高紫外LED紫外光纯度的结构，其中，所述Mg掺杂氮化镓层厚度为250nm，所述活性层厚度为250nm，所述高纯度不掺杂氮化镓层范围为300nm，所述Si掺杂GaN层厚度为1.5um，所述缓冲层厚度为25nm。
[0012]根据本发明的另一个方面，还提供了一种提高紫外LED紫外光纯度的方法，所述方法包括:步骤S30:在Si掺杂GaN层上生长Si掺杂铝镓氮层，使得Si掺杂铝镓氮层的厚度为0.02-0.2um;步骤S40:在Si掺杂铝镓氮层上生长不掺杂铝镓氮帽层，使得不掺杂铝镓氮帽层的厚度为2-10nm;步骤S50:在不掺杂铝镓氮帽层上生长高纯度不掺杂氮化镓层，使得高纯度不掺杂氮化镓层的厚度为200-400nm。
[0013]可选地，根据本发明的提高紫外LED紫外光纯度的结构，进一步包括:步骤S10:在衬底上生长缓冲层，使得缓冲层的厚度为2-5um;步骤S20:在缓冲层上生长Si掺杂GaN层，使得Si掺杂GaN层的厚度为l-2um;步骤S60:在高纯度不掺杂氮化镓层上生长活性层，使得活性层的厚度为200-400nm;步骤S70:在活性层上生长Mg掺杂氮化镓层，使得Mg掺杂氮化镓层的厚度为200-300nmo
[0014]可选地，根据本发明的提高紫外LED紫外光纯度的结构，其中，步骤S10的生长条件为:利用金属有机物化学气相沉积在0.4?16&6温度为500?650°(3，吧，!12和1€13混合气氛下生长;步骤S20的生长条件为:利用金属有机物化学气相沉积在0.4?lbar，温度为1000?1100°C，N2，H2和NH3混合气氛下生长;步骤S30的生长条件为:利用金属有机物化学气相沉积在0.4?讣&6温度为1000?1100°(3，似，!12和順3混合气氛下生长；步骤340的生长条件为:利用金属有机物化学气相沉积在50?lOOmbar，温度为1000?1100°C，N2，H2和NH3混合气氛下生长;步骤S50的生长条件为:利用金属有机物化学气相沉积在50?lOOmbar，温度为1000?1100°(3小2，!12和1€13混合气氛下生长;步骤360的生长条件为:利用金属有机物化学气相沉积在50?lOOmbar，温度为700?850°C，N2，H2和NH3混合气氛下生长;步骤S70的生长条件为:利用金属有机物化学气相沉积在50?lOOmbar，温度为850?1000°C，N2，H2和NH3混合气氛下生长。
[0015]本发明所述提高紫外LED紫外光纯度的结构及其方法通过引入高纯度不掺杂的氮化镓层，降低活性层中Mg元素的浓度，进而降低紫外LED中蓝色光的发光强度，提高紫外LED的紫外光纯度。
【附图说明】
[0016]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指这些部件时，将省略其最后的字母标记。在附图中:
[0017]图1示出了现有技术中紫外LED器件结构示意图；
[0018]图2示出了根据本发明的一个实施方式的提高紫外LED紫外光纯度的结构示意图。
[0019]在附图中，使用相同或类似的标号来指代相同或类似的元素。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。
[0021]图2示出了根据本发明的一个实施方式的提高紫外LED紫外光纯度的结构示意图。如图2所示，提高紫外LED紫外光纯度的结构包括高纯度不掺杂氮化镓层3。
[0022]根据图2所示，提高紫外LED紫外光纯度的结构进一步包括不掺杂铝镓氮帽层4和Si掺杂铝镓氮层5，其中，所述不掺杂铝镓氮帽层4生长在所述Si掺杂铝镓氮层5上部，所述高纯度不掺杂氮化镓层3生长在所述不掺杂铝镓氮帽层4上部。
[0023]根据图2所示，提高紫外LED紫外光纯度的结构进一步包括Mg掺杂氮化镓层1、活性层2、Si掺杂GaN层6、缓冲层7和衬底8，其中，所述缓冲层7生长在所述衬底8上部;所述Si掺杂GaN层6生长在所述缓冲层7上部;所述活性层2生长在所述高纯度不掺杂氮化镓层3上部；所述Mg掺杂氮化镓层1生长在所述活性层2上部。
[0024]在本发明中，由于扩散定律的作用，Mg掺杂氮化镓层1中的Mg会向活性层进行第一次扩散。由于高纯度不掺杂氮化镓层3的存在，由Mg掺杂氮化镓层1扩散到活性层2中的Mg元素会继续向高纯度不掺杂氮化镓层3进行第二次扩散。通过第二次扩散作用，活性层2中的部分Mg元素扩散至高纯度不掺杂氮化镓层3，因此降低了活性层中Mg元素的浓度。
[0025]根据本发明的提高紫外LED紫外光纯度的结构中，衬底8可以选择蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底其中的一种。本发明中使用的衬底为蓝宝石衬底。
[0026]根据本发明的提高紫外LED紫外光纯度的结构中，所述高纯度不掺杂氮化镓层3生长的厚度范围为200-400nm，所述不掺杂铝镓氮帽层4生长的厚度范围为2-10nm，所述Si掺杂铝镓氮层5生长的厚度范围为0.02-0.2um，所述Mg掺杂氮化镓层1生长的厚度范围为200-300nm，所述活性层2生长的厚度范围为200-300nm，所述Si掺杂GaN层6生长的厚度范围为1-2um，所述缓冲层7生长的厚度范围为20?30nmo
[0027]优选的，所述Mg掺杂氮化镓层1厚度为250nm，所述活性层2厚度为250nm，所述高纯度不掺杂氮化镓层3范围为300nm，所述不掺杂招镓氮帽层4厚度为6nm，所述Si掺杂招镓氮层5厚度为0.lum，所述Si掺杂GaN层6厚度为1.5um，所述缓冲层7厚度为25nm。
[0028]根据本发明的另一方面，还提供了一种提高紫外LED紫外光纯度的方法，所述方法包括:
[0029]步骤S30:在Si掺杂GaN层6上生长Si掺杂铝镓氮层5，使得Si掺杂铝镓氮层5的厚度为0.02-0.2um;
[0030]步骤S40:在Si掺杂铝镓氮层5上生长不掺杂铝镓氮帽层4，使得不掺杂铝镓氮帽层4的厚度为2-10nm;
[0031]步骤S50:在不掺杂铝镓氮帽层4上生长高纯度不掺杂氮化镓层3，使得高纯度不掺杂氮化镓层3的厚度为200-400nmo
[0032]根据本发明的另一实施方式，所述方法进一步包括:
[0033]步骤S10:在衬底8上生长缓冲层7，使得缓冲层7的厚度为20?30nm;
[0034]步骤S20:在缓冲层7上生长Si掺杂GaN层6，使得Si掺杂GaN层6的厚度为l-2um;