GaN基紫外LED外延结构的制作方法

本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种gan基紫外led的外延结构。

背景技术：

uva波段的gan基紫外led一般以低in组分的ingan层或gan层作量子阱、以更大禁带宽度的algan层作势垒。由于量子阱中的富in点很少甚至没有，导致紫外led的内量子效率比蓝光led低很多。此外，由于algan势垒层有较大的压电常数，因此紫外led中gan/algan多量子阱垒(或者低in组分的ingan/algan多量子阱垒)的量子限制斯塔克效应比蓝光led中ingan/gan多量子阱垒更严重，加剧了紫外led量子阱中电子和空穴的分离，进一步降低了紫外led的光电复合效率。

通常来说，增加量子阱的厚度是提高led复合效率的有效手段之一，但是紫外led中的量子限制斯塔克效应会随着量子阱厚度的增加而加剧，限制了厚量子阱结构在紫外led上的应用。

技术实现要素：

为了克服以上不足，本发明提供了一种gan基紫外led的外延结构，有效改善紫外led的电流扩展能力，提高紫外led的内量子效率。

本发明提供的技术方案为：

一种gan基紫外led的外延结构，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algan突变阶梯势垒层形成的周期性结构；0.01<a<0.05；algan突变阶梯势垒层由多层algan组成，且从下至上各层algan中的al组分逐渐增加，0.08<b<0.16。

进一步优选地，所述有源区发光层由5～8个inaga1-an量子阱层和algan突变阶梯势垒层形成的周期性结构组成。

进一步优选地，所述algan突变阶梯势垒层由三层algan组成，从下至上分别为albga1-1n势垒层、alcga1-cn势垒层和aldga1-dn势垒层，且b为0.08，c为0.12，d为0.16。

进一步优选地，所述inaga1-an量子阱层的厚度为1～5nm，algan突变阶梯势垒层的总厚度为10～20nm。

进一步优选地，所述algan突变阶梯势垒层中掺杂有浓度在5×10¹⁶～5×10¹⁸cm^-2之间的硅。

在本发明提供的gan基紫外led的外延结构中，algan突变阶梯势垒层采用al组分从低到高(从n型电流扩展层到p型电流扩展层方向)的突变阶梯结构，在阶梯al组分突变量子垒中间引入二维电子气(改善紫外led的电流扩展)以部分抵消紫外多量子阱垒中的极化电场，降低现有紫外gan/algan多量子阱垒(或者低in组分的ingan/algan多量子阱垒)中的晶格失配应力，减轻量子限制斯塔克效应，缓解厚量子阱结构应用于紫外led中受到的应力限制，改善紫外led的电流扩展能力，从而提高紫外led的内量子效率。

附图说明

图1为本发明中紫外led的外延结构示意图；

图2为一实例中有源区发光层结构示意图。

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。

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gan基紫外led的外延结构示意图，从图中可以看出，该外延结构中包括：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，有源区发光层为由inaga1-an量子阱层和algan突变阶梯势垒层形成的周期性结构，周期为5～8；0.01<a<0.05；algan突变阶梯势垒层由多层algan组成，且从下至上各层algan中的al组分逐渐增加，0.08<b<0.16。具体，如图2所示，algan突变阶梯势垒层由三层algan组成，从下至上分别为albga1-1n势垒层、alcga1-cn势垒层和aldga1-dn势垒层，且b约为0.08，c约为0.12，d约为0.16。且algan突变阶梯势垒层中掺杂有浓度在5×10¹⁶～5×10¹⁸cm^-2之间的硅，inaga1-an量子阱层的厚度为1～5nm，algan突变阶梯势垒层的总厚度为10～20nm。

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algan突变阶梯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)、三乙基镓(tega)、氨气(nh3)生长厚度为4nm的al0.08ga0.92n势垒层，同时通入硅烷(sih4)进行掺杂，掺杂浓度2×10¹⁸cm^-3。之后，以相同的生长条件下通过调整tmal的流量，分别生长厚度为4nm的al0.12ga0.88n势垒层和厚度为4nm的al0.16ga0.84n势垒层，形成algan突变阶梯势垒层，完成一个周期的生长。之后，将al0.08ga0.92n势垒层和algan突变阶梯势垒层形成的结构重复生长5对得到有源区发光层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。

将紫外led芯片(包括本实例中gan基紫外led的外延结构制备的紫外led芯片和普通ingan/algan量子阱结构制备的紫外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430mw，普通ingan/algan量子阱结构的紫外led芯片的光功率为405mw，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。