深紫外LED芯片、深紫外LED外延片及其制备方法与流程

本发明涉及光电技术领域，更具体地说，涉及一种深紫外led芯片、深紫外led外延片及其制备方法。

背景技术：

随着半导体技术的不断发展，深紫外led(lightemittingdiode，发光二极管)在空气和水的净化、消毒、紫外医疗、高密度光学存储系统、全彩显示器、及固态白光照明等领域得到了广泛的应用。

考虑到高al组分的algan基深紫外led光源的内量子效率和发光效率比较低，为了提高algan基深紫外led芯片的内量子效率，目前，在制备algan基深紫外led外延片时常以抑制量子限制斯塔克效应为目的，在algan有源区之上生长al组分渐变的p型层，以削弱有源区的极化电场，从而提高algan基深紫外led芯片的内量子效率。但是，在algan有源区之上生长al组分渐变的p型层时，生长条件(温度和时间)的变化会使algan有源区中的al发生迁移而导致有源区中的al组分发生变化，而有源区al组分的变化会导致有源区能带结构发生变化，从而会对最终所制备出的深紫外led芯片的发光效率造成影响。

综上所述，如何在制备深紫外led外延片的过程中尽量减少有源区中al组分所发生的变化，以提高深紫外led芯片的发光效率，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种深紫外led芯片、深紫外led外延片及其制备方法，以在制备深紫外led外延片的过程中尽量减少有源区中al组分所发生的变化，从而提高深紫外led芯片的发光效率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种深紫外led外延片的制备方法，包括：

在衬底上生长algan缓冲层，并在所述algan缓冲层上生长n型algan层；

在所述n型algan层上生长al组分渐变的n型algan层，并在所述al组分渐变的n型algan层上生长al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区；

在所述al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区上生长algan阻挡层，并在所述algan阻挡层上生长p型gan层，以制备深紫外led外延片。

优选的，在衬底上生长algan缓冲层之前，还包括：

将所述衬底放置在mocvd反应室内，以利用mocvd法制备所述深紫外led外延片。

优选的，在利用mocvd法制备所述深紫外led外延片时，所用ga源为三甲基镓，al源为三甲基铝，氮源为氨气，载气为氢气，n型掺杂源为硅烷，p型掺杂源为二茂镁。

一种深紫外led外延片，包括衬底、及从下至上依次位于所述衬底上的algan缓冲层、n型algan层、al组分渐变的n型algan层、al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区、algan阻挡层、p型gan层。

优选的，所述al组分渐变的n型algan层包括10层algan层，第一层与第十层均为al0.65ga0.35n层，第二层至第九层为alxga1-xn层，0.2≤x≤0.4，其中，第二层到第五层中的x逐渐减小，第五层与第六层中的x相等，第六层到第九层中的x逐渐增大。

优选的，所述al组分渐变的n型algan层中的掺杂浓度为3×10¹⁸cm^-3。

优选的，所述al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区为5周期结构，每一周期结构包括al0.5ga0.5n量子垒层、及al0.15ga0.85n量子阱层。

优选的，所述衬底为蓝宝石衬底。

优选的，所述蓝宝石衬底为c面蓝宝石衬底。

一种深紫外led芯片，包括如上述任一项所述的深紫外led外延片。

本发明提供了一种深紫外led芯片、深紫外led外延片及其制备方法，其中，深紫外led外延片的制备方法包括：在衬底上生长algan缓冲层，并在algan缓冲层上生长n型algan层；在n型algan层上生长al组分渐变的n型algan层，并在al组分渐变的n型algan层上生长al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区；在al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区上生长algan阻挡层，并在algan阻挡层上生长p型gan层，以制备深紫外led外延片。

本申请公开的上述技术方案，先依次在衬底上生长algan缓冲层、n型algan层、al组分渐变的n型algan层，然后，再在al组分渐变的n型algan层上依次生长al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区、algan阻挡层、及p型gan层，由于生长al组分渐变的n型algan层在生长有源区之前，因此，在生长al组分渐变的n型algan层时，生长条件的变化并不会对未生长的有源区造成影响，所以，有源区中的al组分不会因生长条件的变化而发生变化，相应地，则不会引起有源区能带结构发生变化，从而可以提高最终所制备出的深紫外led芯片的发光效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种深紫外led外延片的制备方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种深紫外led外延片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种深紫外led外延片的制备方法的流程图，可以包括：

s11：在衬底上生长algan缓冲层，并在algan缓冲层上生长n型algan层。

将衬底清洗干净，然后，在衬底上生长algan缓冲层，并在algan缓冲层上生长n型algan层。其中，algan缓冲层用于缓冲衬底与n型algan层之间的晶格失配，从而尽量防止最终所制备出的深紫外led外延片发生开裂。

为了起到更好的缓冲作用，algan缓冲层具体可以为未掺杂的al0.5ga0.5n缓冲层，其厚度可以在1.5-1.7μm(包括端点值)范围内。另外，所生长出的n型algan层具体可以为n型al0.5ga0.5n层，其厚度大约在3μm，其掺杂浓度可以为5×10¹⁸cm^-3。

s12：在n型algan层上生长al组分渐变的n型algan层，并在al组分渐变的n型algan层上生长al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区。

在生长完n型algan层之后，在n型algan层上生长al组分渐变的n型algan层，并在al组分渐变的n型algan层上生长al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区(也可以称为多量子阱结构)。

其中，al组分渐变的n型algan层可以有效地抑制量子限制斯塔克效应，削弱al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区的极化电场，从而提高最终所得到的深紫外led芯片的内量子效率。另外，由于生长al组分渐变的n型algan层在生长al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区之前进行，因此，在生长al组分渐变的n型algan层时，则可以减少对未生长的al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区所造成的影响，以减少al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区中al组分所发生的迁移，从而可以避免al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区中的能带结构发生变化，进而可以提高最终所制备出的深紫外led芯片的发光效率。

s13：在al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区上生长algan阻挡层，并在algan阻挡层上生长p型gan层，以制备深紫外led外延片。

在生长完al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区之后，在al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区上生长algan阻挡层(具体可以为本征algan阻挡层)，并在algan阻挡层上生长p型gan层，以制备得到深紫外led外延片，其中，p型gan层的厚度可以在10nm左右，其掺杂浓度可以为1×10¹⁸cm^-3。

algan阻挡层用于防止电子从al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区溢出到p型gan层中而对p型gan层中的空穴造成影响。

由上述制备深紫外led外延片的过程可知，其并非是通过在有源区之上生长al组分渐变的p型层来抑制量子限制斯塔克效应的，而是通过先生长al组分渐变的n型algan层，然后，在al组分渐变的n型algan层上生长al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区来抑制量子限制斯塔克效应的，因此，则可以减少生长p型gan层时对al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区所造成的影响，从而可以提高最终所制备出的深紫外led芯片的发光效率。

本申请公开的上述技术方案，先依次在衬底上生长algan缓冲层、n型algan层、al组分渐变的n型algan层，然后，再在al组分渐变的n型algan层上依次生长al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区、algan阻挡层、及p型gan层，由于生长al组分渐变的n型algan层在生长有源区之前，因此，在生长al组分渐变的n型algan层时，生长条件的变化并不会对未生长的有源区造成影响，所以，有源区中的al组分不会因生长条件的变化而发生变化，相应地，则不会引起有源区能带结构发生变化，从而可以提高最终所制备出的深紫外led芯片的发光效率。

本发明实施例提供的一种深紫外led外延片的制备方法，在衬底上生长algan缓冲层之前，还可以包括：

将衬底放置在mocvd反应室内，以利用mocvd法制备深紫外led外延片。

可以利用mocvd(metal-organicchemicalvapordeposition，金属有机化学气相沉积)法来制备深紫外led外延片。具体地，将清洗干净的衬底放置在mocvd反应室内，在1090℃左右的温度下通高纯载气高温灼烧衬底，然后，在530℃左右的温度下通ga源、al源和氮源，以生长低温algan缓冲层，在生长完algan缓冲层之后，升温到1050℃左右的温度并恒温6min左右，使得algan缓冲层重结晶；随后，在1050℃左右的温度下通入ga源、al源、氮源和n型掺杂源，生长n型algan层；在生长完n型algan层之后，则生长al组分渐变的n型algan层；然后，降温到1020℃左右的温度并通入ga源、al源和氮源生长al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区，紧接着，降温到990℃左右的温度，生长一层algan阻挡层，并通入ga源、氮源和p型掺杂源，以在algan阻挡层上生长一层p型gan层，最后，在700℃左右的温度下退火20min，得到高空穴浓度的p型gan层。

利用mocvd法制备深紫外led外延片具有生长易于控制、可大规模生产、外延层面积大且均匀性良好等特点。

本发明实施例提供的一种深紫外led外延片的制备方法，在利用mocvd法制备深紫外led外延片时，所用ga源可以为三甲基镓，al源可以为三甲基铝，氮源可以为氨气，载气可以为氢气，n型掺杂源可以为硅烷，p型掺杂源可以为二茂镁。

在利用mocvd法制备深紫外led外延片时，所用的ga源具体可以为三甲基镓，al源具体可以为三甲基铝，氮源具体可以为氨气，载气具体可以为氢气，n型掺杂源具体可以为硅烷，p型掺杂源具体可以为二茂镁，以制备纯度较高、性能较优的深紫外led外延片。

本发明实施例还提供了一种深紫外led外延片，具体可以参见图2，其示出了本发明实施例提供的一种深紫外led外延片的结构示意图，可以包括衬底1、及从下至上依次位于衬底1上的algan缓冲层2、n型algan层3、al组分渐变的n型algan层4、al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区5、algan阻挡层6、p型gan层7。

深紫外led外延片可以包括衬底1、位于衬底1表面的algan缓冲层2、位于algan缓冲层2表面的n型algan层3、位于n型algan层3表面的al组分渐变的n型algan层4、位于al组分渐变的n型algan层4表面的al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区5、位于al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区5表面的algan阻挡层6、及位于algan阻挡层6表面的p型gan层7。

其中，al组分渐变的n型algan层4可以抑制量子限制斯塔克效应，以削弱al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区5的极化电场，从而提高深紫外led外延片、及最终所得到的深紫外led芯片的内量子效率。另外，由于al组分渐变的n型algan层4位于n型algan层3和al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区5之间，因此，可以减少生长al组分渐变的n型algan层4、及生长p型gan层7时对有源区所造成的影响，从而可以提高深紫外led芯片的发光效率。

本发明实施例提供的一种深紫外led外延片，al组分渐变的n型algan层4可以包括10层algan层，第一层与第十层均为al0.65ga0.35n层，第二层至第九层为alxga1-xn层，0.2≤x≤0.4，其中，第二层到第五层中的x逐渐减小，第五层与第六层中的x相等，第六层到第九层中的x逐渐增大。

al组分渐变的n型algan层4可以包括10层algan层，每层的厚度均可以为11nm(相应地，al组分渐变的n型algan层4厚度即为110nm)，其中，第一层与第十层均可以为al0.65ga0.35n层，第二层至第九层可以为alxga1-xn层，0.2≤x≤0.4，其中，第二层到第五层中的x逐渐减小，第五层与第六层中的x相等，第六层到第九层中的x逐渐增大。具体地，第二层到第九层依次可以为：al0.4ga0.6n层、al0.35ga0.65n层、al0.3ga0.7n层、al0.25ga0.75n层、al0.25ga0.75n层、al0.3ga0.7n层、al0.35ga0.65n层、al0.4ga0.6n层。当然，也可以为第二层到第九层中所包含的alxga1-xn层设置其他具体的x值。

需要说明的是，al组分渐变的n型algan层4中的第一层与n型algan层3相接触，第十层与al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区5相接触。

本发明实施例提供的一种深紫外led外延片，al组分渐变的n型algan层4中的掺杂浓度可以为3×10¹⁸cm^-3。

al组分渐变的n型algan层4可以采用极化掺杂，其掺杂浓度具体可以为3×10¹⁸cm^-3。

本发明实施例提供的一种深紫外led外延片，al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区5可以为5周期结构，每一周期结构包括al0.5ga0.5n量子垒层、及al0.15ga0.85n量子阱层。

al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区5可以为5周期结构，并且每一个周期结构中均可以包括al0.5ga0.5n量子垒层和al0.15ga0.85n量子阱层，即在al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区5中，al0.5ga0.5n量子垒层和al0.15ga0.85n量子阱层交替生长5个周期。其中，al0.5ga0.5n量子垒层的厚度可以为10nm，al0.15ga0.85n量子阱层的厚度可以为3nm。

当然，al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区5也可以为其他的周期结构。

本发明实施例提供的一种深紫外led外延片，衬底1可以为蓝宝石衬底。

深紫外led外延片所用到的衬底1具体可以为蓝宝石衬底，其生产技术比较成熟，所制备出的深紫外led外延片的质量比较好，而且蓝宝石衬底的稳定性比较高，因此，能够运用到高温生长过程中，并且蓝宝石衬底的机械强度比较高，易于处理和清洗。

当然，也可以利用碳化硅作为深紫外led外延片中的衬底1。

本发明实施例提供的一种深紫外led外延片，蓝宝石衬底可以为c面蓝宝石衬底。

深紫外led外延片中所用到的蓝宝石衬底具体可以为c面蓝宝石衬底，以生长出质量比较好的深紫外led外延片。

需要说明的是，本发明实施例所提供的一种深紫外led外延片的制备方法、及本发明实施例所提供的一种深紫外led外延片中相关部分的说明可以对应相互参考，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种深紫外led芯片，包括上述任一种深紫外led外延片。

可以将上述任一种深紫外led外延片应用在深紫外led芯片中。

由于上述任一种深紫外led外延片均包含有al组分渐变的n型algan层，因此，则可以抑制量子限制斯塔克效应，从而可以提高深紫外led芯片的内量子效率。另外，由于al组分渐变的n型algan层设置在n型algan层与al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区之间，因此，则可以减少生长al组分渐变的n型algan层、及p型gan层时对al0.5ga0.5n/al0.15ga0.85n有源区所造成的影响，从而可以提高深紫外led芯片的发光效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本发明实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。