紫外LED外延结构的制作方法

本发明涉及led技术领域，尤其是一种紫外led外延结构。

背景技术：

在365nm-370nm波长范围的gan基紫外led结构中，有源发光区一般采用多量子阱结构，其中，阱层使用ingan材料，势垒层使用algan材料，且algan势垒层必须有较高的al组分(>12％)以把载流子限制在量子阱中，提高多量子阱结构的内量子效率。但高al组分的algan势垒和ingan量子阱之间存在较明显的晶格失配的情况，导致产生界面缺陷和粗糙的外延表面。另外，为了防止ingan量子阱在高温下被破坏，algan势垒层的生长温度一般不能太高，而低温下生长的高al组分的algan势垒中存在大量点缺陷，制约着低波段紫外led的内量子效率。

技术实现要素：

为了克服以上不足，本发明提供了一种紫外led外延结构，有效解决现有紫外led外延结构中出现的界面缺陷、algan势垒中存在的晶体缺陷等技术问题。

本发明提供的技术方案为：

一种紫外led外延结构，包括：在生长衬底表面依次生长的应力控制层、n型电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层；其中，有源区发光层为由inaga1-an量子阱层和gan/inbal1-bn超晶格势垒层形成的周期性结构，周期为5～8；gan/inbal1-bn超晶格势垒层为inbal1-bn层和gan层形成的周期性结构，周期为4～8，且0.01<a<0.05，0.16<b<0.18。

进一步优选地，inaga1-an量子阱层的厚度为1～5nm，gan/inbal1-bn超晶格势垒层的厚度为10～20nm。

进一步优选地，gan/inbal1-bn超晶格势垒层掺杂有浓度在5×10¹⁶～5×10¹⁸cm^-2之间的硅。

在本发明提供的紫外led外延结构，以短周期的gan/inbal1-bn超晶格结构取代原高al组分的algan势垒层，在获得高al组分的准algan势垒的同时，有效解决了高al组分与界面缺陷、晶体缺陷和表面形貌之间的矛盾，实现了高晶体质量紫外led多量子阱结构，减少了紫外led中高al组分势垒层本身的晶体缺陷及高al组分势垒层和ingan量子阱之间界面缺陷的同时，提高了紫外led的发光效率。

附图说明

图1为本发明中紫外led外延结构示意图；

图2为一实例中gan/inbal1-bn超晶格势垒层结构示意图；

图3为有源区发光层的表面afm图片。

附图标记：

1-生长衬底层，2-应力控制层，3-n型电流扩展层，4-有源区发光层，5-p型电流扩展层，41-inaga1-an量子阱层，42-gan/inbal1-bn超晶格势垒层。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

如图1所示为本发明提供的紫外led(发光波长365-370nm)外延结构示意图，从图中看出，该紫外led外延结构中包括：在生长衬底(图示中，为硅衬底层1)表面依次生长的应力控制层2、n型电流扩展层3、有源区发光层4及p型电流扩展层5；其中，有源区发光层4为由inaga1-an量子阱层41和gan/inbal1-bn超晶格势垒层42形成的周期性结构，周期为5～8；gan/inbal1-bn超晶格势垒层为inbal1-bn层和gan层形成的周期性结构，周期为4～8，且0.01<a<0.05(根据需求的发光波长进行调整)，0.16<b<0.18(实现和gan的晶格匹配)。在该结构中，inaga1-an量子阱层41的厚度为1～5nm，gan/inbal1-bn超晶格势垒层42的厚度为10～20nm，且gan/inbal1-bn超晶格势垒层掺杂有浓度在5×10¹⁶～5×10¹⁸cm^-2之间的硅。在一实例中，如图2所示，gan/inbal1-bn超晶格势垒层为由4个周期的inbal1-bn层和gan层形成的周期结构。

在一实例中，使用mocvd生长设备、选用si(111)衬底为硅衬底层1、非掺杂aln/algan层为应力控制层2，si掺杂的algan层作为n型电流扩展层3，inaga1-an量子阱层和gan/inbal1-bn超晶格势垒层组成的多量子阱结构作为有源区发光层4，mg掺杂的algan层作为p型电流扩展层5，具体：

首先，将硅衬底层1放置到mocvd反应室中，升温到1100℃，并通入h2进行高温表面清洁处理。

随后，将反应室温度设定在800～1200℃，往反应室中通入三甲基铝(tmal)、氨气(nh3)，在h2作为载气的条件下生长一层aln，相同条件下在aln上通过三甲基铝(tmal)、三甲基镓(tmga)、氨气(nh3)生长一层algan，形成应力控制层2。

紧接着，以硅烷(sih4)作为掺杂剂，掺杂浓度为8×10¹⁸cm^-3，生长温度在900～1100℃，实现n型电流扩展层3的生长，生长出来的n型电流扩展层3为al组分7％的n型al0.07ga0.93n层，厚度3000nm。

之后，反应室温度为750℃，以氮气(n2)作为载气，通入三甲基铟(tmin)、三乙基镓(tega)、氨气(nh3)生长厚度为3nm的in0.02ga0.98n量子阱层；接着将反应室温度升高到850℃，通入三甲基铝(tmal)、三甲基铟(tmin)、氨气(nh3)生长厚度为1.5nm的in0.17al0.83n层，之后在相同温度下通入三乙基镓(tega)、氨气(nh3)生长1nm的gan层，in0.17al0.83n层和gan层中均通入硅烷(sih4)进行掺杂，掺杂浓度2×10¹⁸cm^-3。重复生长6个周期制备得到gan/in0.17al0.83n超晶格势垒层，及重复生长5个周期的in0.02ga0.98n量子阱层和gan/in0.17al0.83n超晶格势垒层得到有源区发光层4。该量子阱结构的发光波长365nm，属于近紫外波段。

最后，以h2或者n2作为载气，通入tmal、tmga及nh3，且以二茂镁(cp2mg)作为掺杂剂在外延生长温度为900℃～1000℃的条件下生长p型电流扩展层5，厚度为80nm。

如图3所示为有源区发光层4的表面afm图片，其中，图3(a)为本实例中由inaga1-an量子阱层和gan/inbal1-bn超晶格势垒层形成的有源区发光层的表面afm图片；图3(b)为现有技术中高组分algan势垒层形成的有源区发光层的表面afm图片，从图中可以看出，图3(a)相比于图3(b)表面形貌有了很明显的改。

将紫外led芯片(包括本实例中led芯片和高al组分led芯片)切割成1.125*1.125mm大小，在350ma电流下进行光功率测量，本实例中led芯片的光功率为422mw，高al组分led芯片的光功率为403mw，可见，使用本发明方法制备得到的紫外led芯片的光功率得到了提升。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。