一种深紫外LED外延片、外延生长方法及LED芯片与流程

本发明涉及led，特别涉及一种深紫外led外延片、外延生长方法及led芯片。

背景技术：

1、发光二极管(light emitting diode，简称：led)是一种能发光的半导体电子元件，由于其体积小、亮度高、能耗低等特点，吸引了越来越多研究者的注意。

2、近些年来algan基深紫外发光二极管的应用非常广泛，例如，在空气和水的净化、表面消毒、紫外线固化、医学光疗等方面均有应用。紫外波段依据波长通常可以划分为: 长波紫外uva (320nm–400nm)、中波紫外uvb (280nm–320nm)、短波紫外uvc (200nm–280nm)以及真空紫外(10nm–200nm)，对于algan基材料而言，波长越短，al组分越高，因此高质量材料外延和实现有效掺杂面临越来越高的挑战。虽然深紫外 led 的光输出功率已经被大大提高，但是 algan 基深紫外 led 仍然存在外量子效率和发光功率低的瓶颈问题。

3、首先，高al组分algan材料和蓝宝石衬底之间具有较大的晶格失配和热失配，造成algan在蓝宝石衬底上外延生长时会产生很大的位错密度，形成严重的非辐射复合中心，其次，ⅲ族氮化物的有源层异质结界面处诱发的自发和压电极化电荷使得量子阱能带发生倾斜，减弱了电子和空穴波函数的交叠，从而进一步降低了辐射复合速率。此外，深紫外led中空穴和电子注入不平衡而引起的电子溢漏也被认为是内量子效率较低的重要因素。

4、具体的，深紫外随着波长的逐渐变短，量子阱的al组分逐渐升高，亦即电子阻挡层的al组分逐渐增高，因此电子阻挡层在有效阻挡电子，防止电子溢流的同时，对空穴的注入也产生了不利的影响。其物理原因在于，algan或aln材料的电子阻挡层中，受主杂质能级较gan更深，而且随着 al 组分的增大，algan材料的禁带宽度增大，受主能级不断加深，激活能持续增加，导致空穴载流子激活效率和浓度降低，从而降低深紫外发光二极管的电子注入效率和发光效率。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种深紫外led外延片、外延生长方法及led芯片，旨在解决现有技术中，由于algan基深紫外发光二极管中量子阱的al组分较高，影响空穴注入，导致发光效率低的问题。

2、根据本发明实施例当中的一种深紫外led外延片，包括空穴传导层，所述空穴传导层由若干二维的aln子层周期性交替生长而成，其中，在所述空穴传导层中存在部分aln子层掺杂有碱土金属元素，碱土金属元素为mg、ca、zn、sr中的任意一种或几种的组合。

3、进一步的，所述深紫外led外延片还包括衬底、algan缓冲层、非掺杂algan、n型algan层、多量子阱层、p型algan层以及p型接触层；

4、所述algan缓冲层、所述非掺杂algan、所述n型algan层、所述多量子阱层、所述空穴传导层、所述p型algan层以及所述p型接触层依次外延生长在所述衬底上。

5、进一步的，所述空穴传导层为未掺杂的aln子层和掺杂有碱土金属元素的aln子层周期性交替生长而成的复合结构，其中，掺杂有碱土金属元素的aln子层中掺杂mg、ca、zn、sr中的任意一种或几种的组合。

6、进一步的，所述空穴传导层为未掺杂的aln子层、掺杂mg的aln子层、掺杂ca的aln子层、掺杂zn的aln子层、掺杂sr的aln子层中任意两层、三层、四层或者五层周期性交替生长而成的复合结构。

7、进一步的，所述空穴传导层中碱土金属元素mg、ca、zn、sr的掺杂在富氮条件下进行，ⅴ族元素与ⅲ族元素的摩尔比大于20000。

8、进一步的，所述空穴传导层中碱土金属元素mg、ca、zn、sr的掺杂浓度为0.01%~0.5%。

9、进一步的，所述空穴传导层的生长温度为800℃~1100℃。

10、根据本发明实施例当中的一种led外延片的外延生长方法，用于制备上述的深紫外led外延片，所述外延生长方法包括：生长空穴传导层，所述空穴传导层由若干二维的aln子层周期性交替生长而成，其中，在所述空穴传导层中存在部分aln子层掺杂有碱土金属元素，碱土金属元素为mg、ca、zn、sr中的任意一种或几种的组合。

11、进一步的，所述外延生长方法还包括：

12、提供一生长所需的衬底；

13、在所述衬底上依次外延生长algan缓冲层、非掺杂algan、n型algan层、多量子阱层、所述空穴传导层、p型algan层以及p型接触层。

14、根据本发明实施例当中的一种led芯片，包括上述的深紫外led外延片。

15、与现有技术相比：本发明提供的深紫外led外延片，通过设置由若干二维的aln子层周期性交替生长而成的空穴传导层，且在空穴传导层中引入碱土金属元素mg、ca、zn、sr掺杂，使二维aln子层实现p掺杂，提供空穴，同时由于磁性粒子的引入，可以在aln结构中引入浅受主杂质能级，由于浅受主杂质能级的引入，更有利于空穴电离和传导，从而提高深紫外led的发光效率。

技术特征：

1.一种深紫外led外延片，其特征在于，包括空穴传导层，所述空穴传导层由若干二维的aln子层周期性交替生长而成，其中，在所述空穴传导层中存在部分aln子层掺杂有碱土金属元素，碱土金属元素为mg、ca、zn、sr中的任意一种或几种的组合。

2.根据权利要求1所述的深紫外led外延片，其特征在于，所述深紫外led外延片还包括衬底、algan缓冲层、非掺杂algan、n型algan层、多量子阱层、p型algan层以及p型接触层；

3.根据权利要求1或2所述的深紫外led外延片，其特征在于，所述空穴传导层为未掺杂的aln子层和掺杂有碱土金属元素的aln子层周期性交替生长而成的复合结构，其中，掺杂有碱土金属元素的aln子层中掺杂mg、ca、zn、sr中的任意一种或几种的组合。

4.根据权利要求1或2所述的深紫外led外延片，其特征在于，所述空穴传导层为未掺杂的aln子层、掺杂mg的aln子层、掺杂ca的aln子层、掺杂zn的aln子层、掺杂sr的aln子层中任意两层、三层、四层或者五层周期性交替生长而成的复合结构。

5.根据权利要求1或2所述的深紫外led外延片，其特征在于，所述空穴传导层中碱土金属元素mg、ca、zn、sr的掺杂在富氮条件下进行，ⅴ族元素与ⅲ族元素的摩尔比大于20000。

6.根据权利要求1或2所述的深紫外led外延片，其特征在于，所述空穴传导层中碱土金属元素mg、ca、zn、sr的掺杂浓度为0.01%~0.5%。

7.根据权利要求1或2所述的深紫外led外延片，其特征在于，所述空穴传导层的生长温度为800℃~1100℃。

8.一种led外延片的外延生长方法，其特征在于，用于制备权利要求1-7任一项所述的深紫外led外延片，所述外延生长方法包括：

9.根据权利要求8所述的led外延片的外延生长方法，其特征在于，所述外延生长方法还包括：

10.一种led芯片，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的深紫外led外延片。

技术总结
本发明提供一种深紫外LED外延片、外延生长方法及LED芯片，通过设置由若干二维的AlN子层周期性交替生长而成的空穴传导层，且在空穴传导层中引入碱土金属元素Mg、Ca、Zn、Sr掺杂，使二维AlN子层实现P掺杂，提供空穴，同时由于磁性粒子的引入，可以在AlN结构中引入浅受主杂质能级，由于浅受主杂质能级的引入，更有利于空穴电离和传导，从而提高深紫外LED的发光效率。

技术研发人员：霍丽艳,滕龙,吴洪浩,崔晓慧,刘兆
受保护的技术使用者：江西乾照光电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14