CN109065680A - 一种紫外led的外延结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种紫外LED的外延结构及其制备方法，该外延结构从下至上依次包括：衬底层、缓冲层，非掺杂层，N型掺杂层，多量子阱结构，电子阻挡层以及P型GaN层；其中，所述P型GaN层上具有M个通孔，M≥1且为整数。该外延结构中具有带有通孔的P型GaN层，因此能够降低量子阱发出的紫外光在p型层的吸收率，提高紫外光出光几率，提高紫外LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种紫外LED的外延结构及其制备方法，属于发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)技术领域。
背景技术
科技水平的进步引领着生活水平的不断改善，随着物质生活和精神生活大幅的提升。人们更加关注生活的质量，例如雾霾、水污染等环境问题。这些既是人们关心的热点，也是近年来影响品质生活的难点。空气和水等携带的细菌正在侵蚀我们的健康，为了去除水中和空气中的有害细菌，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UVC段紫外灯，目前比较热门的是采用深紫外UVC-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的杀菌的优异功能，使得深紫外LED的研究和使用不断深入和广泛。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，例如发光效率低。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。
导致深紫外LED发光效率低的原因有很多，但其中一个比较大的原因是p型GaN对AlGaN量子阱层发出的光有非常强的吸收。因为AlGaN材料的禁带宽度在3.4eV～6.2eV，而UVB和UVC段LED的量子阱的禁带宽度一般在3.8eV～5eV，要明显大于GaN的3.4eV的禁带宽度，所以更高能量的量子阱紫外光没办法透过p型GaN层，从而导致发光亮度的大量损失。而p型GaN在提供空穴和电极接触方面具有不可取代的作用，所以一般地紫外LED采用倒装结构，使光从蓝宝石层辐射出来。不过即便如此，p型GaN对量子阱发出的紫外光的吸收也超过一半。
发明内容
本发明提供一种紫外LED的外延结构及其制备方法，该外延结构中具有带有通孔的P型GaN层，因此能够降低量子阱发出的紫外光在p型层的吸收率，提高紫外光出光几率，提高紫外LED的发光效率。
本发明提供一种紫外LED的外延结构，从下至上依次包括：衬底层、缓冲层，非掺杂层，N型掺杂层，多量子阱结构，电子阻挡层以及P型GaN层；
其中，所述P型GaN层上具有M个通孔，M≥1且为整数。
在本发明的LED外延结构中，由于P型GaN层具有通孔，因此会极大的减弱P型GaN层对量子阱层发出的光的吸收，使量子阱层发出的光能够大量的辐射出外延结构的表面，从而提高发光效率。
可以想像的是，M个通孔贯穿P型GaN层从而通过通孔能够看见电子阻挡层。
另外，本发明的衬底层可以是选自蓝宝石、图形蓝宝石、硅、碳化硅、玻璃、铜、镍和铬中的一种；缓冲层可以是GaN、AlN中的一种或GaN与AlN的混合物，优选的，缓冲层的厚度为0～100nm；非掺杂层为AlGaN非掺层；N型掺杂层为N型AlGaN层；多量子阱结构为AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子肼结构且0＜x＜1，0＜y＜1，x＜y；电子阻挡层为AlGaN电子阻挡层。
在一具体实施方式中，所述P型GaN层的厚度为50～1000nm。将P型GaN层的厚度控制在上述范围，有助于提高空穴注入以及抗静电能力。
进一步地，相邻两个所述通孔间的距离为100nm～1000nm。
在P型GaN层上，每个孔洞可以按照相同的距离均匀分布，也可以以不同的距离杂乱分布。
相邻两个通孔控制在上述范围能够有效的将量子肼层的光释放出，并且也能够保证P型GaN层在提供空穴和电极接触方面的作用。另外，还可以通过控制通孔间距调节LED发光效率。
本发明不限制通孔的横截面图形的具体形状，可以是圆形、三角形、方形、多边形中的一种，也可以上述图形的混合，即P型GaN层上不仅可以包括横截面为一种形状的通孔，也可以同时包括横截面为多种形状的通孔。
本发明还提供一种上述任一所述的紫外LED的外延结构的制备方法，包括以下步骤：
1)在生长设备的反应室中，在衬底层上从下至上依次生长缓冲层、非掺杂层、N型掺杂层；
2)在所述N型掺杂层上生长Q个量子阱结构，每个所述量子阱结构包含量子阱层AlxGa1-xN和量子垒层AlyGa1-yN，其中，1≤Q≤50，0＜x＜1，0＜y＜1，x＜y，且Q为正整数；
3)在所述Q个量子阱结构上生长电子阻挡层；
4)在所述反应室外，在所述电子阻挡层AlzGa1-zN上蒸镀SiO2层，并利用光刻工艺使所述SiO2层具有M个掩膜；
5)利用等离子刻蚀工艺对所述SiO2层进行刻蚀使所述SiO2层成为M个SiO2柱，其中，相邻的所述SiO2柱之间为所述电子阻挡层AlzGa1-zN；
6)在所述反应室内，在所述相邻的SiO2柱之间的所述电子阻挡层AlzGa1-zN上生长P型GaN层后，利用缓冲氧化物刻蚀液刻蚀所述SiO2柱，得到所述外延结构；
其中，所述P型GaN层的厚度为50～1000nm。
具体地，首先是在衬底上生长缓冲层。由于LED外延结构多为金属的氮化物，因此在通入反应物之前，需要对反应室中的温度以及压力进行控制从而使氨气和金属源能够分解成各自原子而发生化合反应生成金属的氮化物。具体实施过程中，将反应室衬底的温度控制在600～1000℃，压力为100～500torr，将氨气与金属源通入衬底上，在该反应条件下，金属源分解为相应的金属原子，氨气分解为氮原子，从而生成金属氮化物形成外延结构的缓冲层。为了能够控制缓冲层的厚度，一般的，金属源的注入速度为1～300mL/min，在通入上述反应物后并反应3～10min，即可在衬底上成长出厚度大于0且小于等于100nm的缓冲层。其中，金属源可以选择为三甲基镓、三甲基铟以及三甲基铝中的一种或多种，则可以想到的是，缓冲层的组成可以为氮化镓或氮化铝中的一种或氮化镓与氮化铝的混合物。
其次，当缓冲生长层生长结束后，可以将反应室的温度提高至1000～1350℃，压力维持在30～100torr，在氢气气氛的保护下，通入三甲基镓、三甲基铝和氨气。该步骤不仅能够使缓冲层发生分解聚合形成均匀分布的成核岛，还能够使新通入的反应物分解为原子并化合为金属氮化物，从而与晶核岛合并并长大，从而生长出未掺入任何杂质的未掺杂层AltGa1-tN。为了能够控制未掺杂层的厚度，一般的，三甲基镓和三甲基铝的注入速度为50～1000mL/min，在通入上述反应物并反应10～180min后，即可在缓冲层上成长出厚度为50～3000nm的未掺杂层。随后引入N型杂质在未掺杂层上生长出厚度为1000～3000nm N型掺杂层AluGa1-uN。本发明中引入的杂原子为硅原子，硅原子的掺杂浓度为1x1017～5x1019个cm-3。
步骤2)中，是在N型掺杂层上生长Q个AlxGa1-xN/AlyGa1-yN量子阱结构。本发明中要求量子垒层中的铝含量y大于量子阱层中的铝含量x。
步骤3)中，在已生长好的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱结构上生长一层5-100nm厚的电子阻挡层AlzGa1-zN。此层的目的作为电子阻挡层同时也可以作为高载流子迁移率插入层。
步骤4)中，当电子阻挡层生长完毕后，将当前制备的外延结构取出生长设备的反应室，利用蒸镀工艺在电子阻挡层上蒸镀SiO2层。蒸镀完毕后，在SiO2层上涂覆光刻胶层，并在此基础上进行光刻工艺，光刻形成为各种图形的掩膜，例如，掩膜的图形为圆形、三角形、方形、多边形中的一种或多种，并且控制相邻的两个掩膜的距离为100nm～1000nm。
图1为本发明在电子阻挡层上蒸镀完SiO2层后的结构示意图，图2为本发明在SiO2层涂覆光刻胶后的结构示意图，图3为本发明光刻后在SiO2层上形成掩膜的结构示意图。其中，1为当前LED的外延结构(包括衬底、缓冲层、非掺杂层，N型掺杂层，多量子阱结构和电子阻挡层)，2为SiO2层，3为光刻胶层，4为掩膜。
步骤5)中，把此带有掩膜的SiO2层进行等离子体刻蚀工艺，对非掩膜下的SiO2层进行刻蚀至底下的AlzGa1-zN电子阻挡层处，即暴露出AlzGa1-zN电子阻挡层。此时，SiO2层变成了横截面为掩膜图形的SiO2柱，均匀排布于AlzGa1-zN电子阻挡层上。
图4为本发明对带有掩膜的SiO2层进行等离子体刻蚀后的结构示意图。其中，5为SiO2柱。
步骤6)中，再次将当前结构放入反应室中生长P型GaN层，此层的厚度为50～1000nm，此层的掺杂浓度为1×1018cm-3～5×1020cm-3，以便形成良好的欧姆接触。因为P型GaN层不会再SiO2上沉积，只会在AlzGa1-zN电子阻挡层上沉积，经沉积生长后GaN会充满SiO2柱之间的区域，形成GaN包裹SiO2柱结构。值得注意的是，P型掺杂GaN层的厚度应低于SiO2柱的高度，如果GaN如果高于SiO2柱，则SiO2柱可能难以去除。
然后，利用缓冲氧化物刻蚀液刻蚀SiO2柱，得到本发明的外延结构。
图5为本发明在SiO2柱之间生成P型GaN层后的结构示意图。图6为本发明的紫外LED的外延结构，其中，P型GaN层具有横截面为圆形的通孔。其中，6为P型GaN层，7为通孔。
进一步地，本发明还对非掺杂层为AltGa1-tN、N型掺杂层为AluGa1-uN，电子阻挡层为AlzGa1-zN中的铝镓含量进行了限制，其中，0＜t≤1且t＞y，0＜u≤1且u＞y，0＜z≤1且z＞y。
进一步地，本发明对发光二极管外延结构的生长设备不做限制，可以是金属有机化学气相沉积设备、分子束外延设备或者氢化物气相外延设备中的一种。
同时，所述衬底层选自蓝宝石、图形蓝宝石、硅、碳化硅、玻璃、铜、镍和铬中的一种。
本发明还提供一种紫外LED，该紫外LED包括上述任一所述紫外LED的外延结构。
本发明的实施，至少包括以下优势：
1、本发明通过对P型GaN层进行通孔设置，极大地降低了p型GaN层对量子阱紫外光的吸收，提高了紫外LED的发光效率；
2、本发明结构简单，易于实现，所需源材料以及设备均为普通生产所需，能够轻易实现；
3、本发明能够通过控制SiO2柱之间的间距以及占比来控制紫外出光的效率；
4、本发明具有通孔的p型GaN层不会影响紫外LED的电压，电注入等性能。
附图说明
图1为本发明在电子阻挡层上蒸镀完SiO2层后的结构示意图；
图2为本发明在SiO2层涂覆光刻胶后的结构示意图；
图3为本发明光刻后在SiO2层上形成掩膜的结构示意图；
图4为本发明对带有掩膜的SiO2层进行等离子体刻蚀后的结构示意图；
图5为本发明在SiO2柱之间生成P型GaN层后的结构示意图；
图6为本发明的紫外LED的外延结构。
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实施例，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。
实施例1
本实施例的紫外LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：
1、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 8分钟，在蓝宝石衬底(Al2O3)上发生反应，形成30nm的AlN缓冲层；
2、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(65ml/min)、三甲基铝(400ml/min)和NH3 120分钟，AlN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90％，此层的厚度为2um；
3、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NH3 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75％，N型GaN的掺杂浓度为1×1019cm-3；
4、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NH3，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60％；
5、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NH3，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50％；
6、重复进行第4步至第5步10个循环，形成10个周期的量子阱结构；
7、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NH3，生长AlGaN电子阻挡层，Al含量为70％；
8、生长完电子阻挡层之后把此外延层取出MOCVD反应室系统。同时，在此生长完电子阻挡层的LED外延层上用PECVD蒸镀一层SiO2，厚度为300nm；
SiO2蒸镀结束后进行光刻胶的涂覆并在此基础上进行光刻工艺，光刻形成圆形的掩膜，圆形的直径为300nm，圆形与圆形之间的间距为500nm。
9、把此带有掩膜的SiO2层进行等离子体刻蚀工艺，控制工艺，刻蚀厚度为300nm，把SiO2层刻蚀至底下的AlGaN电子阻挡层处，形成了均匀排布于AlGaN电子阻挡层上的SiO2柱。
10、在上面的结构基础上，继续放入MOCVD反应室，在电子阻挡层的基础上生长p型GaN。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)，NH3，50分钟，Mg的掺杂浓度为5.5×1019cm-3，p型GaN层的厚度约为300nm；
从MOCVD反应室取出之后用BOE溶液浸泡10分钟，获得具有通孔的GaN的外延结构。
对包含本实施例的外延结构的LED进行如下测试：
1、将此LED制作成350μm×350μm芯片，通入20mA的电流，紫外发光波长为255nm，工作电压为6.0V，发光亮度为4mW；
2、此LED器件寿命为1万小时。
实施例2
本实施例的紫外LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：
1、MOCVD反应室温度升至700℃，压力为100torr，同时通入三甲基铝(150ml/min)和NH3 5分钟，在蓝宝石衬底(Al2O3)上发生反应，形成25nm的AlN缓冲层；
2、经过10分钟将温度升高到1200℃，压力降至50torr，通入氢气、三甲基铝(300ml/min)和NH3 90分钟，AlN晶核在金颗粒底部形成并长大，AlN横向生长，形成非掺杂的AlN层，Al含量为100％，此层的厚度为2um；
3、反应室温度升高至1250℃，通入氢气、三甲基镓(100ml/min)、三甲基铝(300ml/min)和NH3 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70％，N型GaN的掺杂浓度为1×1019cm-3；
4、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NH3，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60％；
5、将反应室温度降至1000℃，压力为50mtorr，通入氢气、三甲基镓(15ml/min)，三甲基铝(40ml/min)和NH3，生长AlGaN量子阱，此层不掺Si。生长时间为0.5分钟，厚度为2.5nm，Al含量为40％；
6、重复进行第4步至第5步8个循环，形成8个周期的量子阱结构；
7、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NH3，生长AlGaN电子阻挡层，Al含量为70％；
8、生长完电子阻挡层之后把此外延层取出MOCVD反应室系统。同时，在此生长完电子阻挡层的LED外延层上用PECVD蒸镀一层SiO2，厚度为280nm；
SiO2蒸镀结束后进行光刻胶的涂覆并在此基础上进行光刻工艺，光刻形成圆形的掩膜，圆形的直径为320nm，圆形与圆形之间的间距为400nm。
9、把此带有掩膜的SiO2层进行等离子体刻蚀工艺，控制工艺，刻蚀厚度为280nm，把SiO2层刻蚀至底下的AlGaN电子阻挡层处，形成了均匀排布于AlGaN电子阻挡层上的SiO2柱。
10、在上面的结构基础上，继续放入MOCVD反应室，在电子阻挡层的基础上生长p型GaN。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)，NH3，47分钟，Mg的掺杂浓度为5.5×1019cm-3，p型GaN层的厚度约为280nm；
从MOCVD反应室取出之后用BOE溶液浸泡10分钟，获得具有通孔的GaN的外延结构。
对包含本实施例的外延结构的LED进行如下测试：
1、将此LED制作成350μm×350μm芯片，通入20mA的电流，紫外发光波长为265nm，工作电压为6.0V，发光亮度为4.8mW；
2、此LED器件寿命为1万小时。
实施例3
本实施例的紫外LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：
1、MOCVD反应室温度升至800℃，压力为100torr，同时通入三甲基铝(150ml/min)和NH3 5分钟，在蓝宝石衬底(Al2O3)上发生反应，形成60nm的AlN缓冲层；
2、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(65ml/min)、三甲基铝(300ml/min)和NH3 120分钟，AlN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95％，此层的厚度为2um；
3、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NH3 120分钟，压力保持50mtorr，生长一层厚度为2000nm的N型AlGaN层，Al含量为75％，N型GaN的掺杂浓度为1×1019cm-3；
4、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NH3，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60％；
5、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(40ml/min)和NH3，生长AlGaN量子阱，此层不掺Si。生长时间为0.6分钟，厚度为3nm，Al含量为35％；
6、重复进行第4步至第5步10个循环，形成10个周期的量子阱结构；
7、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NH3，生长AlGaN电子阻挡层，Al含量为70％；
8、生长完电子阻挡层之后把此外延层取出MOCVD反应室系统。同时，在此生长完电子阻挡层的LED外延层上用PECVD蒸镀一层SiO2，厚度为150nm；
SiO2蒸镀结束后进行光刻胶的涂覆并在此基础上进行光刻工艺，光刻形成圆形的掩膜，圆形的直径为400nm，圆形与圆形之间的间距为400nm。
9、把此带有掩膜的SiO2层进行等离子体刻蚀工艺，控制工艺，刻蚀厚度为150nm，把SiO2层刻蚀至底下的AlGaN电子阻挡层处，形成了均匀排布于AlGaN电子阻挡层上的SiO2柱。
10、在上面的结构基础上，继续放入MOCVD反应室，在电子阻挡层的基础上生长p型GaN。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)，NH3，25分钟，Mg的掺杂浓度为2×1019cm-3，p型GaN层的厚度约为150nm；
从MOCVD反应室取出之后用BOE溶液浸泡5分钟，获得具有通孔的GaN的外延结构。
对包含本实施例的外延结构的LED进行如下测试：
1、将此LED制作成350μm×350μm芯片，通入20mA的电流，紫外发光波长为280nm，工作电压为6.0V，发光亮度为4.7mW；
2、此LED器件寿命为1万小时。
实施例4
本实施例的紫外LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：
1、MOCVD反应室温度升至750℃，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40nm的AlN缓冲层；
2、经过10分钟将温度升高到1200℃，压力降至50torr，通入氢气、三甲基铝(450ml/min)和NH3 120分钟，AlN晶核在金颗粒底部形成并长大，AlN横向生长，形成非掺杂的AlN层，Al含量为100％，此层的厚度为2um；
3、反应室温度升高至1250℃，通入氢气、三甲基镓(100ml/min)、三甲基铝(300ml/min)和NH3 120分钟，压力保持50mtorr，生长一层厚度为2000nm的N型AlGaN层，Al含量为70％，N型GaN的掺杂浓度为1×1019cm-3；
4、将反应室温度降至1000℃，压力为50mtorr，通入氢气、三甲基镓(30ml/min)，三甲基铝(60ml/min)和NH3，生长AlGaN量子垒，掺入Si杂质，掺杂浓度为1×1018cm-3。生长时间为1.5分钟，厚度为12nm，Al含量为50％；
5、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(30ml/min)和NH3，生长AlGaN量子阱，此层不掺Si。生长时间为0.6分钟，厚度为2.5nm，Al含量为28％；
6、重复进行第4步至第5步7个循环，形成7个周期的量子阱结构；
7、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NH3，生长AlGaN电子阻挡层，Al含量为70％；
8、生长完电子阻挡层之后把此外延层取出MOCVD反应室系统。同时，在此生长完电子阻挡层的LED外延层上用PECVD蒸镀一层SiO2，厚度为200nm；
SiO2蒸镀结束后进行光刻胶的涂覆并在此基础上进行光刻工艺，光刻形成圆形的掩膜，圆形的直径为300nm，圆形与圆形之间的间距为300nm。
9、把此带有掩膜的SiO2层进行等离子体刻蚀工艺，控制工艺，刻蚀厚度为200nm，把SiO2层刻蚀至底下的AlGaN电子阻挡层处，形成了均匀排布于AlGaN电子阻挡层上的SiO2柱。
10、在上面的结构基础上，继续放入MOCVD反应室，在电子阻挡层的基础上生长p型GaN。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)，NH3，33分钟，Mg的掺杂浓度为2×1019cm-3，p型GaN层的厚度约为200nm；
从MOCVD反应室取出之后用BOE溶液浸泡5分钟，获得具有通孔的GaN的外延结构。
对包含本实施例的外延结构的LED进行如下测试：
1、将此LED制作成350μm×350μm芯片，通入20mA的电流，紫外发光波长为295nm，工作电压为6.0V，发光亮度为4.5mW；
2、此LED器件寿命为1万小时。
实施例5
本实施例的紫外LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：
1、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 5分钟，在蓝宝石衬底(Al2O3)上发生反应，形成25nm的AlN缓冲层；
2、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 90分钟，AlN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1500nm；
3、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NH3 120分钟，压力保持50mtorr，生长一层厚度为2000nm的N型AlGaN层，Al含量为50％，N型GaN的掺杂浓度为1×1019cm-3；
4、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NH3，生长AlGaN量子垒，掺入Si杂质，掺杂浓度为2×1018cm-3。生长时间为2分钟，厚度为12nm，Al含量为35％；
5、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NH3，生长AlGaN量子阱，此层不掺Si。生长时间为0.4分钟，厚度为2nm，Al含量为22％；
6、重复进行第4步至第5步8个循环，形成8个周期的量子阱结构；
7、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(70ml/min)和NH3，生长AlGaN电子阻挡层，Al含量为60％；
8、生长完电子阻挡层之后把此外延层取出MOCVD反应室系统。同时，在此生长完电子阻挡层的LED外延层上用PECVD蒸镀一层SiO2，厚度为250nm；
SiO2蒸镀结束后进行光刻胶的涂覆并在此基础上进行光刻工艺，光刻形成圆形的掩膜，圆形的直径为500nm，圆形与圆形之间的间距为300nm。
9、把此带有掩膜的SiO2层进行等离子体刻蚀工艺，控制工艺，刻蚀厚度为250nm，把SiO2层刻蚀至底下的AlGaN电子阻挡层处，形成了均匀排布于AlGaN电子阻挡层上的SiO2柱。
10、在上面的结构基础上，继续放入MOCVD反应室，在电子阻挡层的基础上生长p型GaN。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)，NH3，40分钟，Mg的掺杂浓度为2×1019cm-3，p型GaN层的厚度约为250nm；
从MOCVD反应室取出之后用BOE溶液浸泡10分钟，获得具有通孔的GaN的外延结构。
对包含本实施例的外延结构的LED进行如下测试：
1、将此LED制作成350μm×350μm芯片，通入20mA的电流，紫外发光波长为310nm，工作电压为6.0V，发光亮度为4.2mW；
2、此LED器件寿命为1万小时。
实施例6
本实施例的紫外LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：
1、MOCVD反应室温度升至650℃，压力为150torr，同时通入三甲基铝(150ml/min)和NH3 4分钟，在蓝宝石衬底(Al2O3)上发生反应，形成20nm的AlN缓冲层；
2、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(30ml/min)、三甲基铝(300ml/min)和NH3 90分钟，AlN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80％，此层的厚度为1500nm；
3、反应室温度升高至1280℃，通入氢气、三甲基镓(50ml/min)、三甲基铝(300ml/min)和NH3 120分钟，压力保持50mtorr，生长一层厚度为2000nm的N型AlGaN层，Al含量为50％，N型GaN的掺杂浓度为1×1019cm-3；
4、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NH3，生长AlGaN量子垒，掺入Si杂质，掺杂浓度为2×1018cm-3。生长时间为2分钟，厚度为12nm，Al含量为35％；
5、将反应室温度降至1000℃，压力为50mtorr，通入氢气、三甲基镓(3ml/min)，三甲基铝(40ml/min)和NH3，生长AlGaN量子阱，此层不掺Si。生长时间为0.5分钟，厚度为1.8nm，Al含量为20％；
6、重复进行第4步至第5步8个循环，形成8个周期的量子阱结构；
7、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(70ml/min)和NH3，生长AlGaN电子阻挡层，Al含量为60％；
8、生长完电子阻挡层之后把此外延层取出MOCVD反应室系统。同时，在此生长完电子阻挡层的LED外延层上用PECVD蒸镀一层SiO2，厚度为300nm；
SiO2蒸镀结束后进行光刻胶的涂覆并在此基础上进行光刻工艺，光刻形成圆形的掩膜，圆形的直径为400nm，圆形与圆形之间的间距为300nm。
9、把此带有掩膜的SiO2层进行等离子体刻蚀工艺，控制工艺，刻蚀厚度为300nm，把SiO2层刻蚀至底下的AlGaN电子阻挡层处，形成了均匀排布于AlGaN电子阻挡层上的SiO2柱。
10、在上面的结构基础上，继续放入MOCVD反应室，在电子阻挡层的基础上生长p型GaN。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)，NH3，50分钟，Mg的掺杂浓度为2×1019cm-3，p型GaN层的厚度约为300nm；
从MOCVD反应室取出之后用BOE溶液浸泡10分钟，获得具有通孔的GaN的外延结构。
对包含本实施例的外延结构的LED进行如下测试：
1、将此LED制作成350μm×350μm芯片，通入20mA的电流，紫外发光波长为320nm，工作电压为6.0V，发光亮度为5mW；
2、此LED器件寿命为1万小时。
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的外延结构，其特征在于，从下至上依次包括：衬底层、缓冲层，非掺杂层，N型掺杂层，多量子阱结构，电子阻挡层以及P型GaN层；
其中，所述P型GaN层上具有M个通孔，M≥1且为整数。
2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，相邻两个所述通孔间的距离为100nm～1000nm。
3.根据权利要求1或2所述的外延结构，其特征在于，所述通孔的横截面选自圆形、三角形、方形中的一种或多种。
4.权利要求1-3任一所述的紫外LED的外延结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在生长设备的反应室中，在衬底层上从下至上依次生长缓冲层、非掺杂层、N型掺杂层；
2)在所述N型掺杂层上生长Q个量子阱结构，每个所述量子阱结构包含量子阱层AlxGa1- xN和量子垒层AlyGa1-yN，其中，1≤Q≤50，0＜x＜1，0＜y＜1，x＜y，且Q为正整数；
3)在所述Q个量子阱结构上生长电子阻挡层；
4)在所述反应室外，在所述电子阻挡层AlzGa1-zN上蒸镀SiO2层，并利用光刻工艺使所述SiO2层具有M个掩膜；
5)利用等离子刻蚀工艺对所述SiO2层进行刻蚀使所述SiO2层成为M个SiO2柱，其中，相邻的所述SiO2柱之间为所述电子阻挡层AlzGa1-zN；
6)在所述反应室内，在所述相邻的SiO2柱之间的所述电子阻挡层AlzGa1-zN上生长P型GaN层后，利用缓冲氧化物刻蚀液刻蚀所述SiO2柱，得到所述外延结构；
其中，所述P型GaN层的厚度为50～1000nm。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，相邻两个所述掩膜间的距离为100nm～1000nm。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述掩膜的图形选自圆形、三角形、方形中的一种或多种。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述SiO2层的厚度高于所述P型GaN层的厚度；所述SiO2层的厚度为50～1000nm。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述缓冲层选自GaN、AlN中的一种或两种；所述缓冲层的厚度为H，0＜H≤100nm。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述非掺杂层为AltGa1-tN、N型掺杂层为AluGa1-uN，电子阻挡层为AlzGa1-zN，其中，0＜t≤1且t＞y，0＜u≤1且u＞y，0＜z≤1且z＞y。
10.一种紫外LED，其特征在于，所述紫外LED包括权利要求1-3任一所述的紫外LED的外延结构。
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