CN108183152A - 紫外led外延制备方法和紫外led - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够释放外延层应力紫外LED外延制备方法和紫外LED，该方法从下至上依次制备衬底、缓冲层、非掺杂的AltGa1‑tN/SiNx周期结构层、N型掺杂AluGa1‑uN层、AlmGa1‑mN/AlyGa1‑yN多量子阱的结构、AlzGa1‑zN电子阻挡层、P型掺杂AlvGa1‑vN层以及P型掺杂GaN层，以形成紫外LED。其中非掺杂的AltGa1‑tN/SiNx周期结构层中的SiNx层能够有效降低AlGaN在生长过程中的应力，解决因应力过大导致的龟裂现象。并且，SiNx的存在能够有效抑制缺陷的延伸，极大地提高AlGaN外延层的晶体质量，深紫外LED的内量子效率也明显改善，从而提高发光效率。同时由于底层晶体质量的改善，紫外LED器件的寿命得到明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种紫外发光二极管的生长方法，尤其涉及一种能够释放应力的紫外LED外延制备方法和紫外LED。
背景技术
随着我国科技水平的进步，制造业的持续发展，生活水平也得到不断地改善，物质生活和精神生活都有大幅的提升。然而近年来雾霾、水污染等的加重给日益改善的生活水平增添了瑕疵，空气和水等携带的细菌正在侵蚀我们的健康。为了保护自身的健康，各种消毒杀菌装置孕育而生，如空气净化器，水处理器。而这些杀菌装置的最主要杀菌功能部件为紫外灯，目前比较热门的是采用深紫外LED灯。
紫外LED杀菌的原理是利用LED产生的适当波长紫外线对细菌的脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的分子键进行破坏，破坏原有细菌菌落并阻止细菌的复制繁殖，达到杀死细菌的目的。紫外杀菌技术利用高强度深紫外线照射，能够将各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他病原体直接杀死，目前被广泛应用于民生、医疗以及生产制造行业。
因深紫外LED的杀菌功能，现在对深紫外LED的研究也趋于热门。目前深紫外LED主要采用AlGaN作为主要生长材料，利用CVD外延生长方法生长出所需要的发光结构。最基本的结构包含AlN缓冲层，AlGaN非掺层，n型AlGaN层，AlGaN量子阱层，AlGaN电子阻挡层，以及P型GaN层。
虽然，目前紫外深紫外铝镓氮AlGaN LED应用广泛。但是，AlGaN LED还存在应用上的一些难题。1、蓝宝石上生长AlN或者AlGaN外延层时，因晶格失配度大，导致外延层应力过大，生长至一定厚度时，AlN或者AlGaN外延层易发生裂片现象；2、AlGaN晶体质量差，导致紫外LED外延层具有较高的位错密度，从而内量子效率大幅降低。紫外LED发光效率低，目前15milx15mil的芯片在20mA驱动电流下发光亮度约2mW，发光效率低导致杀菌效率也偏低；3、因AlGaN材料的晶体质量较差，导致紫外LED在使用寿命上面受到极大地限制，目前寿命还低于1万小时，和现有蓝光LED相差较多。
发明内容
为了解决背景技术中提到的至少一个问题，本发明提供一种紫外LED外延制备方法和紫外LED，能够释放外延层应力，解决因应力过大导致的龟裂现象，极大地提高AlGaN外延层的晶体质量，改善深紫外LED的内量子效率，提高发光效率的同时延长紫外LED器件的寿命。
为了实现上述目的，本发明提供的一种紫外LED外延制备方法，应用于生长设备中，包括：
在衬底上预通入金属源及V族反应物，在第一温度下分解形成缓冲层。
在缓冲层上于第二温度下生长至少一层的非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层，第二温度高于第一温度。
在AltGa1-tN/SiNx周期结构层上生长N型掺杂AluGa1-uN层。
在N型掺杂AluGa1-uN层上生长AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构。
在AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构上生长AlzGa1-zN电子阻挡层。
在AlzGa1-zN电子阻挡层上生长P型掺杂AlvGa1-vN层。
在P型掺杂AlvGa1-vN层生长P型掺杂GaN层，以形成紫外LED。
在上述的紫外LED外延制备方法中，可选的是，缓冲层是GaN和/或AlN，缓冲层的厚度范围为0-100nm。
在上述的紫外LED外延制备方法中，可选的是，衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、玻璃、铜、镍或铬其中的一种。
在上述的紫外LED外延制备方法中，可选的是，生长设备为金属有机化学气相沉积设备、分子束外延设备或氢化物气相外延设备中的其中一种。
在上述的紫外LED外延制备方法中，可选的是，在AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构中，阱层AlmGa1-mN中的Al含量低于垒层AlyGa1-yN中的Al含量。
在上述的紫外LED外延制备方法中，可选的是，AlzGa1-zN电子阻挡层中的Al含量、AltGa1-tN/SiNx周期结构层中的Al含量以及N型掺杂AluGa1-uN层中的Al含量均高于垒层AlyGa1-yN中的Al含量。
在上述的紫外LED外延制备方法中，可选的是，AltGa1-tN/SiNx周期结构层中AltGa1-tN层的厚度范围为0-3000nm，AltGa1-tN/SiNx周期结构层中SiNx层的厚度范围为0-5nm。
在上述的紫外LED外延制备方法中，可选的是，AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构的周期数范围为1-50，AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构的周期厚度为3-30nm。
在上述的紫外LED外延制备方法中，可选的是，P型掺杂AlvGa1-vN层的厚度范围为0-300nm，P型掺杂AlvGa1-vN层的掺杂浓度范围为1×1018cm-3-5×1020cm-3。
P型掺杂GaN层的厚度范围为2-15nm，P型掺杂GaN层的掺杂浓度范围为5×1019cm-3-8×1020cm-3。
本发明还提供一种紫外LED，紫外LED采用如上述的紫外LED外延制备方法制备而成。
本发明提供的紫外LED外延制备方法和紫外LED，能够释放外延层应力，该方法从下至上依次制备衬底、缓冲层、非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层、N型掺杂AluGa1-uN层、AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构、AlzGa1-zN电子阻挡层、P型掺杂AlvGa1-vN层以及P型掺杂GaN层，以形成紫外LED。其中非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层中的SiNx层能够有效降低AlGaN在生长过程中的应力，解决因应力过大导致的龟裂现象。并且，SiNx的存在能够有效抑制缺陷的延伸，极大地提高AlGaN外延层的晶体质量，深紫外LED的内量子效率也明显改善，从而提高发光效率。同时由于底层晶体质量的改善，紫外LED器件的寿命得到明显提高。
本发明的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。
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以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的紫外LED外延制备方法的流程示意图；
图2是本发明实施例二提供的紫外LED的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的紫外LED的非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层的结构示意图；
图4是本发明实施例二提供的紫外LED的AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构的结构示意图。
附图标记说明：
10-衬底；
20-缓冲层；
30-非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层；
31-非掺杂的AltGa1-tN；
32-SiNx；
40-N型掺杂AluGa1-uN层；
50-AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构；
51-AlyGa1-yN；
52-AlmGa1-mN；
60-AlzGa1-zN电子阻挡层；
70-P型掺杂AlvGa1-vN层；
80-P型掺杂GaN层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的紫外LED外延制备方法的流程示意图。
目前深紫外LED主要采用AlGaN作为主要生长材料，利用CVD外延生长方法生长出所需要的发光结构。最基本的结构包含AlN缓冲层，AlGaN非掺层，n型AlGaN层，AlGaN量子阱层，AlGaN电子阻挡层，以及P型GaN层。虽然深紫外铝镓氮AlGaN LED应用广泛。但是，AlGaNLED还存在应用上的一些难题。例如：1、蓝宝石上生长AlN或者AlGaN外延层时，因晶格失配度大，导致外延层应力过大，生长至一定厚度时，AlN或者AlGaN外延层易发生裂片现象；2、AlGaN晶体质量差，导致紫外LED外延层具有较高的位错密度，从而内量子效率大幅降低。紫外LED发光效率低，目前15milx15mil的芯片在20mA驱动电流下发光亮度约2mW，发光效率低导致杀菌效率也偏低；3、因AlGaN材料的晶体质量较差，导致紫外LED在使用寿命上面受到极大地限制，目前寿命还低于1万小时，和现有蓝光LED相差较多。
基于上述技术问题，参照附图1所示，本发明实施例一提供一种紫外LED外延制备方法，应用于生长设备中，包括：
S1：在衬底上预通入金属源及V族反应物，在第一温度下分解形成缓冲层。
S2：在缓冲层上于第二温度下生长至少一层的非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层，第二温度高于第一温度。
S3：在AltGa1-tN/SiNx周期结构层上生长N型掺杂AluGa1-uN层。
S4：在N型掺杂AluGa1-uN层上生长AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构。
S5：在AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构上生长AlzGa1-zN电子阻挡层。
S6：在AlzGa1-zN电子阻挡层上生长P型掺杂AlvGa1-vN层。
S7：在P型掺杂AlvGa1-vN层生长P型掺杂GaN层，以形成紫外LED。
需要说明的是，参照附图所示，本实施例提供的紫外LED外延制备方法可以是：
(1)当衬底材料的表面温度升高到600～1000℃时，通入金属源和氨气(NH3)反应3-10min，金属源和NH3在此温度下分解并发生化学反应，形成无定型的缓冲生长层。金属源反应物及缓冲层可以具有下列特性：①能够在高温时分解成金属原子；②金属原子能够和N原子发生反应，形成无定型的缓冲层；③缓冲层的厚度可以为0～100nm。典型的缓冲层材料为AlN。
(2)将反应室温度提高到1000～1350℃，此时缓冲层进行分解聚合，形成均匀分布的成核岛，随后通入三甲基镓、三甲基铝和NH3，使晶核岛长大并合并，不掺入任何杂质形成未掺杂的AltGa1-tN层。
作为一种可实现的实施方式，该非掺杂的AltGa1-tN层做如下结构设计：
生长一层非掺杂的AltGa1-tN层之后，关闭金属Al源和金属Ga源，通入源反应物Si(可以为SiH4，Si2H6等气体或其混合气)，在1000～1350℃反应，形成SiNx。
针对此SiNx层的结构设计成AltGa1-tN/SiNx周期生长结构，其周期数为M2，M2>＝1。同时，此结构中AltGa1-tN的厚度控制在0～3000nm；SiNx层的厚度控制在0～5nm的范围。
需要指出的是，由于SiNx的插入使得AlGaN生长不再连续，AlGaN生长过程中的Al-Ga-N键得到重新排列，因此生长过程的应力不在聚集，从而该SiNx作为应力释放层能够有效释放高Al组分AlGaN(或AlN)生长过程中产生的应力，解决应力过大导致的表面龟裂问题。由于缺陷遇到不同的原子界面时会终止于界面，所以SiNx可以作为缺陷终止层阻止缺陷的延伸，从而SiNx能够有效阻挡缺陷的延伸，SiNx层的引入能够有效降低AlGaN外延层的缺陷密度，提高AlGaN的晶体质量。因深紫外LED的内量子效率深受非掺杂AlGaN层的影响，当AlGaN晶体质量提升之后，深紫外LED的内量子效率将会得到极大地提升。
需要指出的是，(2)中的第二温度为1000～1350℃，相比于(1)中的第一温度600～1000℃较高，此处第二温度高于第一温度的原因是：在(1)中需要生长无定型且非结晶状态的缓冲层，因此需要低温下完成，而温度过低也无法保证NH3和金属源分解反应。在(2)中升温时需要使非晶态的AlN结晶，成为晶核岛，较低的温度则无法实现。
(3)反应室温度继续维持至1000～1350℃，在AltGa1-tN的生长过程中掺入N型杂质，形成N型AluGa1-uN，掺杂浓度可以为1x1017～5x1019cm-3，此层的厚度可以为1000～5000nm。其中，N型掺杂的浓度过低，电阻率较大，导电性能较差，而掺杂浓度较高易使外延层出现Pits型缺陷。该N型掺杂AluGa1-uN层厚度较小会影响LED质量，过大则使得外延层应力较大，产生翘曲部分。
(4)在已经生长好的N型AlGaN上生长量子阱层，量子阱采用AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构，周期厚度为3～30nm(其中阱宽为1～5nm，垒宽为2～25nm),其周期数为N1的取值范围可以是1～50；此处阱的Al含量低压垒层的Al含量，即m<y。其中，周期数多会降低电子与空穴的传输性，从而影响LED电学性能。
(5)在已生长好的AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构上生长一层5-100nm厚的AlzGa1-zN电子阻挡层，此层的Al含量高于垒层，即y<z。此层的目的可以作为电子阻挡层同时可以作为高载流子迁移率插入层；
(6)在此基础上生长高载流子浓度的p型，生长一层0～300nm厚的p型AlvGa1-vN，此层的掺杂浓度为1×1018cm-3～5×1020cm-3；
(7)在高载流子浓度的p型基础上，生长高掺P型GaN层，此层的厚度为2～15nm，此层的掺杂浓度为5×1019cm-3～8×1020cm-3，以便形成良好的欧姆接触。
在上述实施例的基础上，可选地，缓冲层还可以是GaN、InN或AlN中的其中一种或多种的混合物，本实施例优选使用AlN，以避免吸光。
作为一种可选的实施方式，衬底可以是蓝宝石、硅、碳化硅、玻璃、铜、镍或铬其中的一种。
作为一种可选的实施方式，AltGa1-tN/SiNx周期结构层中的Al含量以及N型掺杂AluGa1-uN层中的Al含量均高于垒层AlyGa1-yN中的Al含量，即y<t，y<u。
作为一种可选的实施方式，该紫外LED外延制备方法的生长设备可以是金属有机化学气相沉积设备(Metal-organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD)、分子束外延设备(Molecular beam epitaxy；MBE)和氢化物气相外延设备(Hydride Vapor PhaseEpitaxy；HVPE)中的其中一种。
本发明实施例一提供的紫外LED外延制备方法，能够释放外延层应力，该方法从下至上依次制备衬底、缓冲层、非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层、N型掺杂AluGa1-uN层、AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构、AlzGa1-zN电子阻挡层、P型掺杂AlvGa1-vN层以及P型掺杂GaN层，以形成紫外LED。其中非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层中的SiNx层能够有效降低AlGaN在生长过程中的应力，解决因应力过大导致的龟裂现象。并且，SiNx的存在能够有效抑制缺陷的延伸，极大地提高AlGaN外延层的晶体质量，深紫外LED的内量子效率也明显改善，从而提高发光效率。同时由于底层晶体质量的改善，紫外LED器件的寿命得到明显提高。
在上述实施例的基础上，下面以紫外255nm波段的LED制备方法为例进行说明，紫外LED的制备过程可以包括如下步骤：
第一步：在金属有机化学气相沉积设备(MOCVD)反应室温度升至600℃，压力为100torr，同时通入三甲基铝(150ml/min)和NH3 10min，在蓝宝石衬底(Al2O3)上发生反应，形成50nm的GaN缓冲层；
第二步：经过10min将温度升高到1200℃，压力降至50torr，通入氢气、三甲基镓(65ml/min)、三甲基铝(300ml/min)和NH3 30min，铝镓氮晶核在金颗粒底部形成并长大，AlGaN横向生长，形成非掺杂的AlGaN层，Al含量为75％，此层的厚度为0.5μm；
第三步：随后温度不变，压力不变的情况下，三甲基镓和三甲基铝同时关闭，通入SiH4(60ml/min)，时间为1min，形成约1nm的SiNx；
第四步：重复第2步和第3步6次，形成AltGa1-tN(0.5μm)/SiNx(1nm)周期数为6的非掺杂层；
第五步：反应室温度升高至1250℃，通入氢气、三甲基镓(80ml/min)、三甲基铝(300ml/min)和氨气90min，压力保持50mtorr，生长一层厚度为1500nm的N型AlGaN层，Al含量为75％，N型GaN的掺杂浓度为1×1019cm-3；
第六步：将反应室温度降至1000℃，压力为50mtorr，通入氢气、三甲基镓(20ml/min)，三甲基铝(60ml/min)和氨气，生长AlGaN量子垒，掺入Si杂质，掺杂浓度为1×1018cm-3。生长时间为2min，厚度为12nm，Al含量为60％；
第七步：将反应室温度降至1000℃，压力为50mtorr，通入氢气、三甲基镓(10ml/min)，三甲基铝(40ml/min)和氨气，生长AlGaN量子阱此层不掺Si。生长时间为0.75min，厚度为3nm，Al含量为50％；
第八步：重复进行第6步至第7步10个循环，形成10个周期的量子阱结构；
第九步：将反应室温度降至1100℃，压力为50mtorr，通入氢气、三甲基镓(17ml/min)，三甲基铝(60ml/min)和氨气，生长AlGaN电子阻挡层，Al含量为70％；
第十步：在电子阻挡层的基础上生长p型GaN层，将温度降为950℃，压力调为200torr，通入氢气、三甲基镓(40ml/min)，二茂镁(150ml/min)，氨气，P型GaN层25min，Mg的掺杂浓度为5.5×1019cm-3，厚度约为150nm；
第十一步：最后维持温度降为950℃，压力调为200torr，通入氢气、三甲基镓(40ml/min)，二茂镁(450ml/min)，氨气，生长重掺P型GaN层1min，Mg的掺杂浓度为2×1020cm-3，厚度约为5nm；在该实施方式中，AlvGa1-vN中的v取值为0，因此即为P型掺杂GaN层。
此LED制作成350μm×350μm芯片，通入20mA的电流，工作电压为6.0V，发光亮度为4mW，此紫外LED器件寿命为1万小时。
在上述实施例的基础上，下面以紫外310nm波段的LED制备方法为例进行说明，紫外LED的制备过程可以包括如下步骤：
第一步：在金属有机化学气相沉积设备(MOCVD)反应室温度升至600℃，压力为100torr,同时通入三甲基铝(150ml/min)和NH3 10分钟，在蓝宝石衬底(Al2O3)上发生反应，形成50nm的GaN缓冲层；
第二步：经过10分钟将温度升高到1200℃，压力降至50torr，通入氢气、三甲基镓(45ml/min)、三甲基铝(300ml/min)和NH3 15分钟，铝镓氮晶核在金颗粒底部形成并长大，AlGaN横向生长，形成非掺杂的AlGaN层，Al含量为50％，此层的厚度为0.25μm；
第三步：随后温度不变，压力不变的情况下，三甲基镓和三甲基铝同时关闭，通入SiH4(60ml/min)，时间为2分钟，形成约2nm的SiNx；
第四步：重复进行第2步至第3步15个循环，形成AltGa1-tN(0.25μm)/SiNx(2nm)周期数为15的非掺杂层；
第五步：反应室温度升高至1250℃，通入氢气、三甲基镓(50ml/min)、三甲基铝(300ml/min)和氨气90分钟，压力保持50mtorr，生长一层厚度为1500nm的N型AlGaN层，Al含量为50％，N型GaN的掺杂浓度为1×1019cm-3；
第六步：将反应室温度降至1000℃，压力为50mtorr，通入氢气、三甲基镓(12ml/min)，三甲基铝(60ml/min)和氨气，生长AlGaN量子垒，掺入Si杂质，掺杂浓度为1×1018cm-3。生长时间为2分钟，厚度为12nm，Al含量为35％；
第七步：将反应室温度降至1000℃，压力为50mtorr，通入氢气、三甲基镓(4ml/min)，三甲基铝(40ml/min)和氨气，生长AlGaN量子阱此层不掺Si。生长时间为0.75分钟，厚度为3nm，Al含量为22％；
第八步：重复进行第4步至第5步12个循环，形成12个周期的量子阱结构；
第九步：将反应室温度降至1100℃，压力为50mtorr，通入氢气、三甲基镓(12ml/min)，三甲基铝(60ml/min)和氨气，生长AlGaN电子阻挡层，Al含量为50％；
第十步：在电子阻挡层的基础上生长p型AlGaN，将温度升至1100℃，压力调为50torr，通入氢气、三甲基镓(40ml/min)维持不变，氨气，生长时间为15min，厚度约为150nm，Mg的掺杂浓度为5×1019cm-3；
第十一步：最后维持温度降为950℃，压力调为200torr，通入氢气、三甲基镓(40ml/min)，二茂镁(450ml/min)，氨气，生长重掺P型GaN层1分钟，Mg的掺杂浓度为2×1020cm-3，厚度约为5nm；在该实施方式中，AlvGa1-vN中的v取值为0，因此即为P型掺杂GaN层。
此LED制作成350μm×350μm芯片，通入20mA的电流，工作电压为6.0V，发光亮度为4mW。此紫外LED器件寿命为1万小时。
实施例二
图2是本发明实施例二提供的紫外LED的结构示意图。图3是本发明实施例二提供的紫外LED的非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层的结构示意图。图4是本发明实施例二提供的紫外LED的AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构的结构示意图。参照附图2至附图4所示，在上述实施例一的基础上，本发明实施例二还提供一种紫外LED。
具体的，紫外LED采用实施例一中的紫外LED外延制备方法制备而成。
需要说明的是，该紫外LED采用实施例一中的制备方法，从下至上依次包括衬底10、缓冲层20、非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层30、N型掺杂AluGa1-uN层40、AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构50、AlzGa1-zN电子阻挡层60、P型掺杂AlvGa1-vN层70以及P型掺杂GaN层80，最终形成紫外LED。该紫外LED中的SiNx32层可以作为应力释放层，其能够有效释放高Al组分AlGaN(或AlN)生长过程中产生的应力，解决应力过大导致的表面龟裂问题。同时SiNx能够有效阻挡缺陷的延伸，SiNx32层的引入能够有效降低AlGaN外延层的缺陷密度，提高AlGaN的晶体质量。因深紫外LED的内量子效率深受非掺杂AlGaN31层的影响，当AlGaN晶体质量提升之后，深紫外LED的内量子效率将会得到极大地提升。
其中非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层30是通过非掺杂的AltGa1-tN31层和SiNx32层周期性叠设得到，周期数可以是M2，M2的取值可以是大于或等于1的整数；
其中AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构50可以是通过阱层AlmGa1-mN52和垒层AlyGa1-yN51周期性叠设得到，周期数可以是N1，N1的取值范围可以是1-50。需要指出的是，本实施例所提供的非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层30的周期数M2和AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构50的周期数N1仅为可实现的一种实施方式，本实施例对此并不加以限定。
其他技术特征与实施例一相同，并能达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。
本发明实施例二提供的紫外LED，能够释放外延层应力，该紫外LED从下至上依次包括衬底、缓冲层、非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层、N型掺杂AluGa1-uN层、AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构、AlzGa1-zN电子阻挡层、P型掺杂AlvGa1-vN层以及P型掺杂GaN层，最终形成紫外LED。其中非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层中的SiNx层能够有效降低AlGaN在生长过程中的应力，解决因应力过大导致的龟裂现象。并且，SiNx的存在能够有效抑制缺陷的延伸，极大地提高AlGaN外延层的晶体质量，深紫外LED的内量子效率也明显改善，从而提高发光效率。同时由于底层晶体质量的改善，紫外LED器件的寿命得到明显提高。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。
此外，术语“第一”“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包含至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种紫外LED外延制备方法，应用于生长设备中，其特征在于，包括：
在衬底上预通入金属源及V族反应物，在第一温度下分解形成缓冲层；
在所述缓冲层上于第二温度下生长至少一层的非掺杂的AltGa1-tN/SiNx周期结构层，所述第二温度高于所述第一温度；
在所述AltGa1-tN/SiNx周期结构层上生长N型掺杂AluGa1-uN层；
在所述N型掺杂AluGa1-uN层上生长AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构；
在所述AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构上生长AlzGa1-zN电子阻挡层；
在所述AlzGa1-zN电子阻挡层上生长P型掺杂AlvGa1-vN层；
在所述P型掺杂AlvGa1-vN层生长P型掺杂GaN层，以形成紫外LED。
2.根据权利要求1所述的紫外LED外延制备方法，其特征在于，所述缓冲层是GaN和/或AlN，所述缓冲层的厚度范围为0-100nm。
3.根据权利要求1所述的紫外LED外延制备方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、玻璃、铜、镍或铬其中的一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的紫外LED外延制备方法，其特征在于，所述生长设备为金属有机化学气相沉积设备、分子束外延设备或氢化物气相外延设备中的其中一种。
5.根据权利要求1-3任一项所述的紫外LED外延制备方法，其特征在于，在所述AlmGa1- mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构中，阱层AlmGa1-mN中的Al含量低于垒层AlyGa1-yN中的Al含量。
6.根据权利要求5所述的紫外LED外延制备方法，其特征在于，所述AlzGa1-zN电子阻挡层中的Al含量、所述AltGa1-tN/SiNx周期结构层中的Al含量以及所述N型掺杂AluGa1-uN层中的Al含量均高于所述垒层AlyGa1-yN中的Al含量。
7.根据权利要求1-3任一项所述的紫外LED外延制备方法，其特征在于，所述AltGa1-tN/SiNx周期结构层中AltGa1-tN层的厚度范围为0-3000nm，所述AltGa1-tN/SiNx周期结构层中SiNx层的厚度范围为0-5nm。
8.根据权利要求1-3任一项所述的紫外LED外延制备方法，其特征在于，所述AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构的周期数范围为1-50，所述AlmGa1-mN/AlyGa1-yN多量子阱的结构的周期厚度为3-30nm。
9.根据权利要求1-3任一项所述的紫外LED外延制备方法，其特征在于，所述P型掺杂AlvGa1-vN层的厚度范围为0-300nm，所述P型掺杂AlvGa1-vN层的掺杂浓度范围为1×1018cm-3-5×1020cm-3；
所述P型掺杂GaN层的厚度范围为2-15nm，所述P型掺杂GaN层的掺杂浓度范围为5×1019cm-3-8×1020cm-3。
10.一种紫外LED，其特征在于，所述紫外LED采用如权利要求1-8中任一项所述的紫外LED外延制备方法制备而成。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180619 |
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