CN111244237A - 一种紫外led外延结构及其生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种紫外LED外延结构及其生长方法，该外延结构包括多量子阱结构，多量子阱结构由下至上依次包括电子减速层、前置发光层以及后置发光层；其中，电子减速层包括至少一组由势阱层InaGa1‑aN和势垒层AlxGa1‑xN层叠设置而成的第一量子阱结构，前置发光层包括至少一组由势阱层InbGa1‑b和势垒层AlyGa1‑yN层叠设置而成的第二量子阱结构，后置发光层包括至少一组由势阱层IncGa1‑cN和势垒层AlzGa1‑zN层叠设置而成的第三量子阱结构，0.01<a<b<c<0.2，0.02<z<y<x<0.4。该紫外LED外延结构具有双波段，能够使LED直接发出两种波长的紫外光。
Description
技术领域
本发明涉及一种紫外LED外延结构，尤其涉及一种紫外LED外延结构及其生长方法，属于半导体技术领域。
背景技术
美甲灯是一种用于快速固化涂覆在指甲上的指甲油或光疗胶的设备，目前的美甲灯采用UV汞灯或UVA LED光源照射指甲油进行固化，随着《水俣公约》禁汞日期的到来，UVALED将取代UV汞灯逐渐成为美甲灯的主流配置。
由于不同波段的UVA LED对指甲油的固化效果差异较大，不同指甲油也需要不同波段的UVA LED光源来进行固化，而常规UVA LED光源的波长太过集中，单颗UVA LED对指甲油的固化适用性不广，因此为了使美甲效果更佳显著，美甲灯里需配备多颗不同波段的UVALED，这无疑增加了美甲灯的成本，同时也增大了电路设计复杂度。
发明内容
本发明提供一种紫外LED外延结构，该紫外LED外延结构具有双波段，因此能够用于美甲灯中用于对不同指甲油进行固化，无需在美甲灯中配备多颗不同波段的紫外LED，不仅降低了美甲灯的成本，也简化了美甲灯内电路设计的复杂度。
本发明还提供一种紫外LED外延结构的生长方法，该生长方法简单易操作，能够高效的得到具有双波段的紫外LED外延结构。
本发明还提供一种紫外LED，包括上述紫外LED外延结构，因此能够直接发出两种波长的紫外光。
本发明提供一种紫外LED外延结构，包括多量子阱结构，所述多量子阱结构由下至上依次包括电子减速层、前置发光层以及后置发光层；
其中，所述电子减速层包括至少一组由势阱层InaGa1-aN和势垒层AlxGa1-xN层叠设置而成的第一量子阱结构，所述前置发光层包括至少一组由势阱层InbGa1-b和势垒层AlyGa1-yN层叠设置而成的第二量子阱结构，所述后置发光层包括至少一组由势阱层IncGa1- cN和势垒层AlzGa1-zN层叠设置而成的第三量子阱结构，0.01<a<b<c<0.2，0.02<z<y<x<0.4。
如上所述的紫外LED外延结构，其中，所述电子减速层包括多组层叠设置的所述第一量子阱结构，所述前置发光层包括多组层叠设置的所述第二量子阱结构，所述后置发光层包括多组层叠设置的所述第三量子阱结构。
如上所述的紫外LED外延结构，其中，所述电子减速层中，所述势阱层InaGa1-aN的厚度为1-5nm，所述势垒层AlxGa1-xN的厚度为5-20nm。
如上所述的紫外LED外延结构，其中，所述前置发光层中，所述势阱层InbGa1-bN的厚度为1-5nm，所述势垒层AlyGa1-yN的厚度为5-20nm。
如上所述的紫外LED外延结构，其中，所述后置发光层中，所述势阱层IncGa1-cN的厚度为1-5nm，所述势垒层AlzGa1-zN的厚度为5-20nm。
如上所述的紫外LED外延结构，其中，所述电子减速层和前置发光层具有N型掺杂，所述后置发光层为非掺杂结构。
如上所述的紫外LED外延结构，其中，所述LED外延结构由下至上依次包括衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、应力调节层、所述多量子阱结构、电子阻挡层、P型GaN层以及金属接触层。
本发明还提供一种上述所述的紫外LED外延结构的生长方法，包括以下步骤：
1)在750-950℃下，生长所述电子减速层；
2)在750-950℃下，在所述电子减速层的上表面生长前置发光层；
3)在750-950℃下，在所述前置发光层的上表面生长后置发光层。
如上所述的紫外LED外延结构的生长方法，其中，步骤1)中，在750-850℃下，生长势阱层InaGa1-aN，在850-950℃下，生长势垒层AlxGa1-xN；
步骤2)中，在750-850℃下，生长势阱层InbGa1-bN，在850-950℃下，生长势垒层AlyGa1-yN；
步骤3)中，在750-850℃下，生长势阱层IncGa1-cN，在850-950℃下，生长势垒层AlzGa1-zN。
本发明还提供一种紫外LED，包括上述任一所述的紫外LED外延结构。
本发明的实施，至少包括以下优势：
本发明的紫外LED外延结构，包括多量子阱结构，所述多量子阱结构由下至上依次包括电子减速层、前置发光层以及后置发光层；其中，所述电子减速层包括至少一组由势阱层InaGa1-aN和势垒层AlxGa1-xN层叠设置而成的第一量子阱结构，所述前置发光层包括至少一组由势阱层InbGa1-b和势垒层AlyGa1-yN层叠设置而成的第二量子阱结构，所述后置发光层包括至少一组由势阱层IncGa1-cN和势垒层AlzGa1-zN层叠设置而成的第三量子阱结构，0.01<a<b<c<0.2，0.02<z<y<x<0.4。该紫外LED外延结构的多量子阱结构中，电子减速层具有高势垒，可以有效减速电子，前置发光层和后置发光层分别复合发出不同波段的波长，从而使包括本发明紫外LED外延结构的紫外LED能够发出双波段的峰值波长在360-405nm之间的紫外光；
此外，通过控制本发明的紫外LED外延结构中电子减速层、前置发光层以及后置发光层的厚度，还能够对双波段的具体波长进行调节，满足客户端对不同波段的需求。
附图说明
图1为本发明紫外LED外延结构的一实施例的结构示意图；
图2为本发明紫外LED外延结构的又一实施例的结构示意图；
图3为本发明包括实施例2的紫外LED和对照例紫外LED电致发光波形强度对比图；
图4为本发明包括实施例2的紫外LED和本发明包括实施例5的紫外LED的电致发光波形强度对比图。
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。
图1为本发明紫外LED外延结构的一实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例的紫外LED外延结构，包括多量子阱结构1，多量子阱结构1由下至上依次包括电子减速层11、前置发光层12以及后置发光层13；
其中，电子减速层11包括至少一组由势阱层InaGa1-aN 11a和势垒层AlxGa1-xN 11b层叠设置而成的第一量子阱结构110，前置发光层12包括至少一组由势阱层InbGa1-bN 12a和势垒层AlyGa1-yN 12b层叠设置而成的第二量子阱结构120，后置发光层13包括至少一组由势阱层IncGa1-cN 13a和势垒层AlzGa1-zN 13b层叠设置而成的第三量子阱结构130，0.01<a<b<c<0.2，0.02<z<y<x<0.4。
本发明的紫外LED外延结构包括多量子阱结构1，其中，该多量子阱结构1由上之下依次包括电子减速层11、前置发光层12以及后置发光层13。能够理解的是，本发明的紫外LED外延结构除了包括多量子阱结构1外，还包括本领域常见的衬底2、缓冲层3、非掺杂GaN层4、N型掺杂GaN层5、应力调节层6、电子阻挡层7、P型GaN层8以及金属接触层9。具体由图1所示，该紫外LED外延结构由下至上依次包括衬底2、缓冲层3、非掺杂GaN层4、N型掺杂GaN层5、应力调节层6、多量子阱结构1、电子阻挡层7、P型GaN层8以及金属接触层9。
本发明的多量子结构1包括至少一组第一量子阱结构110组成的电子减速层11、至少一组第二量子阱结构120组成的前置发光层12以及至少一组第三量子阱结构130组成的后置发光层13，其中，每一组第一量子阱结构110由下至上包括势阱层InaGa1-aN 11a和势垒层AlxGa1-xN 11b，每一组第二量子阱结构120由下至上包括势阱层InbGa1-bN 12a和势垒层AlyGa1-yN 12b，每一组第三量子阱结构130由下至上包括势阱层IncGa1-cN 13a和势垒层AlzGa1-zN13b(图1中，本发明的多量子结构1包括一组第一量子阱结构110组成的电子减速层11、一组第二量子阱结构120组成的前置发光层12以及一组第三量子阱结构130组成的后置发光层13)，其中，势阱层InaGa1-aN 11a中的铟含量a小于势阱层InbGa1-bN 12a中的铟含量b，势阱层InbGa1-bN 12a中的铟含量b小于势阱层IncGa1-cN 13a中的铟含量c；势垒层AlxGa1- xN 11b中的铝含量x小于势垒层AlyGa1-yN 12b中的铝含量y，势垒层AlyGa1-yN 12b中的铝含量y小于势垒层AlzGa1-zN 13b中的铝含量z，具体地，0.01<a<b<c<0.2，0.02<z<y<x<0.4，本发明的技术方案使电子减速层11具有能够对电子减速的高势垒，并且使前置发光层12和后置发光层13分别复合发出不同波段波长，从而使含有本发明外延结构的紫外LED为能够直接发出双波峰的LED。
除此之外，在制备上述LED外延结构的过程中，通过控制a、b、c、x、y、z的具体数值，能够对双波峰的峰值进行调节，使含有本发明外延结构的紫外LED能够在360-405nm之间的具有任意两种不同的波段。
本发明的外延结构中对其他功能层，例如衬底2、缓冲层3、非掺杂GaN层4、N型掺杂GaN层5、应力调节层6、电子阻挡层7、P型GaN层8以及金属接触层9不做特别限制，可以与本领域常见的功能层相同。
图2为本发明紫外LED外延结构的又一实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例的紫外LED外延结构与上述图1所示的紫外LED外延结构大致相同，唯一不同的是本实施例的多量子阱结构1包括多组第一量子阱结构110组成的电子减速层11、多组第二量子阱结构120组成的前置发光层12以及多组第三量子阱结构130组成的后置发光层13，其中，每一组第一量子阱结构110由下至上包括势阱层InaGa1-aN 11a和势垒层AlxGa1-xN 11b，每一组第二量子阱结构120由下至上包括势阱层InbGa1-bN 12a和势垒层AlyGa1-yN12b，每一组第三量子阱结构130由下至上包括势阱层IncGa1-cN 13a和势垒层AlzGa1-zN 13b，0.01<a<b<c<0.2，0.02<z<y<x<0.4。
本发明的外延结构中，电子减速层11可以包括1-5组第一量子阱结构110，前置发光层12可以包括1-10组第二量子阱结构120，后置发光层13可以包括1-2组第三量子阱结构130。
具体如图2所示，本实施例的多量子阱结构1包括两组第一量子阱结构110组成的电子减速层11、四组第二量子阱结构120组成的前置发光层12以及两组第三量子阱结构130组成的后置发光层13。
以电子减速层11的生长过程为例，先生长第一组第一量子阱结构110的势阱层InaGa1-aN，然后在势阱层InaGa1-aN的上表面生长第一组第一量子阱结构的势垒层AlxGa1-xN，然后在势垒层AlxGa1-xN的上表面生长第二组第一量子阱结构的势阱层InaGa1-aN，最后在势阱层InaGa1-aN的上表面生长第二组第一量子阱结构的势垒层AlxGa1-xN，从而得到电子减速层。
在一种具体实施方式中，电子减速层中，势阱层InaGa1-aN的厚度为1-5nm，势垒层AlxGa1-xN的厚度为5-20nm。
在一种具体实施方式中，前置发光层中，势阱层InbGa1-bN的厚度为1-5nm，势垒层AlyGa1-yN的厚度为5-20nm。
在一种具体实施方式中，后置发光层中，势阱层IncGa1-cN的厚度为1-5nm，势垒层AlzGa1-zN的厚度为5-20nm。
进一步地，本发明的LED外延结构中，电子减速层和前置发光层具有N型掺杂，后置发光层为非掺杂结构，其中，电子减速层和前置发光层可以是Si掺杂。
本发明还提供一种上述任一所述的紫外LED外延结构的生长方法，包括以下步骤：
1)在750-950℃下，生长电子减速层；
2)在750-950℃下，在电子减速层的上表面生长前置发光层；
3)在750-950℃下，在前置发光层的上表面生长后置发光层。
为了保证多量子阱结构的质量，电子减速层、前置发光层以及后置发光层分别在750-950℃下生长。能够理解的是，在生长过程中除了控制温度之外，还需要对压力、载气以及原料进行监控。其中，压力为50～500托(Torr)，载气可以为氢气或氮气，原料包括氮源(氨气)、铟源(三甲基铟)、镓源(三甲基镓或者三乙基镓)以及铝源(三甲基铝)。
在具体生长过程中，电子减速层中每个第一量子阱结构中的势阱层InaGa1-aN和势垒层AlxGa1-xN的生长温度不同，其中，第一量子阱结构中的势阱层InaGa1-aN的生长温度为750-850℃，第一量子阱结构中的势垒层AlxGa1-xN的生长温度为850-950℃；
前置发光层中每个第二量子阱结构中的势阱层InbGa1-bN和势垒层AlyGa1-yN的生长温度不同，其中，第二量子阱结构中的势阱层InbGa1-bN的生长温度为750-850℃，第二量子阱结构中的势垒层AlyGa1-yN的生长温度为850-950℃；
后置发光层中每个第三量子阱结构中的势阱层IncGa1-cN和势垒层AlzGa1-zN的生长温度不同，其中，第三量子阱结构中的势阱层IncGa1-cN的生长温度为750-850℃，第三量子阱结构中的势垒层AlzGa1-zN的生长温度为850-950℃。
在生长第一量子阱结构中的势阱层InaGa1-aN和势垒层AlxGa1-xN、第二量子阱结构中的势阱层InbGa1-bN和势垒层AlyGa1-yN以及第三量子阱结构中的势阱层IncGa1-cN和势垒层AlzGa1-zN时，通过控制金属源和氮源的单位流量以及通入时间，使0.01<a<b<c<0.2，0.02<z<y<x<0.4。
本发明制备方法得到的LED外延结构中的多量子阱结构的参数与前述相同，此处不再赘述。
本发明对LED外延结构中的其他功能层的生长方法不做限定，具体地，衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、应力调节层、电子阻挡层、P型GaN层以及金属接触层可以按照本领域常规的生长工艺制备。
本发明还提供一种紫外LED，包括上述任一所述的紫外LED外延结构，相较于现有技术的紫外LED，该紫外LED的直接具有双波段波长，能够发出具有两种波长的紫外光。
以下，通过具体实施例对本发明的紫外LED外延结构及其生长方法进行详细的介绍。
下述实施例采用的设备为美国维易科(VEECO)厂商提供的K465i金属有机化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)设备，采用高纯氢气H2、高纯N2做载气，高纯氨(NH3)做N源，金属有机物三甲基镓(TMGa)或三乙基镓(TEGa)做镓源，三甲基铟(TMIn)做铟源，三甲基铝(TMAl)做铝源，N型掺杂剂为200ppm硅烷(SiH4)，P型掺杂剂为二茂镁(Cp2Mg)，衬底为002面的蓝宝石PSS。
实施例1
本实施例的紫外LED外延结构按照以下方法得到：
1、在衬底上从下往上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂层以及应力调节层；
具体生长步骤如下：
步骤1-1、衬底降温到530℃，在200Torr压力下，生长30nm缓冲层；
步骤1-2、升温到1050℃，在200Torr压力下，生长3μm非掺杂GaN层；
步骤1-3、保持温度在1080℃，在200Torr压力下，生长2μm的N型掺杂GaN层，其中N掺杂浓度为1E+19atom/cm3；
步骤1-4、降温到850℃，在200Torr压力下，生长300nm应力调节层，其中N掺杂浓度为8E+17atom/cm3；
2、在应力调节层表面生长电子减速层
在生长温度为840℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定80sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定120sccm，生长厚度为2.5nm的势阱层InaGa1-aN，其中a为0.02；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定120sccm，生长厚度为14.5nm的势垒层AlxGa1-xN，其中x为0.35；
上述完成第一组第一量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共2次，得到包括三组层叠设置的第一量子阱结构的电子减速层；
3、在电子减速层上生长前置发光层
在生长温度为830℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定80sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定180sccm，生长厚度为2.5nm的势阱层InbGa1-bN，其中b为0.025；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定100sccm，生长厚度为14.5nm的势垒层AlyGa1-yN，其中y为0.3；
上述完成第一组第二量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共7次，得到包括八组层叠设置的第二量子阱结构的前置发光层；
4、在前置发光层上生长后置发光层
在生长温度为810℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定80sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定180sccm，生长厚度为2.5nm的势阱层IncGa1-cN，其中c为0.05；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定70sccm，生长厚度为14.5nm的势垒层AlzGa1-zN，其中z为0.2；
上述完成第一组第三量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共1次，得到包括两组层叠设置的第三量子阱结构的后置发光层；
上述步骤2-4完成多量子阱结构的生长；
5、在多量子阱结构的表面从下往上依次生长电子阻挡层、P型GaN层以及金属接触层，得到本实施例的紫外LED外延结构。
具体生长步骤如下：
步骤5-1、升温到900℃，在100Torr压力下，生长50nm的电子阻挡层，其中Al组分为10-20％；
步骤5-2、升温到950℃，在200Torr压力下，生长100nm的P型GaN层，其中Mg掺杂5.0E18～1.0E19atom/cm3；
步骤5-3、降温到750℃，在200Torr压力下，生长2nm的金属接触层，并维持10min，做最后退火处理。
实施例2
1、按照实施例1中步骤1的方法在蓝宝石衬底上从下往上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层以及应力调节层；
2、在应力调节层表面生长电子减速层
在生长温度为840℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定80sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定120sccm，生长厚度为2nm的势阱层InaGa1-aN，其中a为0.02；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定120sccm，生长厚度为12nm的势垒层AlxGa1-xN，其中x为0.35；
上述完成第一组第一量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共2次，得到包括三组层叠设置的第一量子阱结构的电子减速层；
3、在电子减速层上生长前置发光层
在生长温度为830℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定80sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定180sccm，生长厚度为2nm的势阱层InbGa1-bN，其中b为0.025；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定100sccm，生长厚度为12nm的势垒层AlyGa1-yN，其中y为0.3；
上述完成第一组第二量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共7次，得到包括八组层叠设置的第二量子阱结构的前置发光层；
4、在前置发光层上生长后置发光层
在生长温度为810℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定80sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定180sccm，生长厚度为2nm的势阱层IncGa1-cN，其中c为0.05；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定70sccm，生长厚度为12nm的势垒层AlzGa1-zN，其中z为0.2；
上述完成第一组第三量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共1次，得到包括两组层叠设置的第三量子阱结构的后置发光层；
上述步骤2-4完成多量子阱结构的生长；
5、按照实施例1中步骤5的方法在多量子阱结构的表面从下往上依次生长电子阻挡层、P型GaN层以及金属接触层，得到本实施例的紫外LED外延结构。
实施例3
1、按照实施例1中步骤1的方法在蓝宝石衬底上从下往上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层以及应力调节层；
2、在应力调节层表面生长电子减速层
在生长温度为830℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定80sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定50sccm，生长厚度为2nm的势阱层InaGa1-aN，其中a为0.02；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定120sccm，生长厚度为12nm的势垒层AlxGa1-xN，其中x为0.35；
上述完成第一组第一量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共2次，得到包括三组层叠设置的第一量子阱结构的电子减速层；
3、在电子减速层上生长前置发光层
在生长温度为830℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定80sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定180sccm，生长厚度为2nm的势阱层InbGa1-bN，其中b为0.025；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定100sccm，生长厚度为12nm的势垒层AlyGa1-yN，其中y为0.3；
上述完成第一组第二量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共7次，得到包括八组层叠设置的第二量子阱结构的前置发光层；
4、在前置发光层上生长后置发光层
在生长温度为830℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定80sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定400sccm，生长厚度为2nm的势阱层IncGa1-cN，其中c为0.05；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定70sccm，生长厚度为12nm的势垒层AlzGa1-zN，其中z为0.2；
上述完成第一组第三量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共1次，得到包括两组层叠设置的第三量子阱结构的后置发光层；
上述步骤2-4完成多量子阱结构的生长；
5、按照实施例1中步骤5的方法在多量子阱结构的表面从下往上依次生长电子阻挡层、P型GaN层以及金属接触层，得到本实施例的紫外LED外延结构。
实施例4
1、按照实施例1中步骤1的方法在蓝宝石衬底上从下往上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层以及应力调节层；
2、在应力调节层表面生长电子减速层
在生长温度为830℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定150sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定180sccm，生长厚度为2nm的势阱层InaGa1-aN，其中a为0.02；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定120sccm，生长厚度为12nm的势垒层AlxGa1-xN，其中x为0.35；
上述完成第一组第一量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共2次，得到包括三组层叠设置的第一量子阱结构的电子减速层；
3、在电子减速层上生长前置发光层
在生长温度为830℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定80sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定180sccm，生长厚度为2nm的势阱层InbGa1-bN，其中b为0.025；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定100sccm，生长厚度为12nm的势垒层AlyGa1-yN，其中y为0.3；
上述完成第一组第二量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共7次，得到包括八组层叠设置的第二量子阱结构的前置发光层；
4、在前置发光层上生长后置发光层
在生长温度为830℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定40sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定180sccm，生长厚度为2nm的势阱层IncGa1-cN，其中c为0.05；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定70sccm，生长厚度为12nm的势垒层AlzGa1-zN，其中z为0.2；
上述完成第一组第三量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共1次，得到包括两组层叠设置的第三量子阱结构的后置发光层；
上述步骤2-4完成多量子阱结构的生长；
5、按照实施例1中步骤5的方法在多量子阱结构的表面从下往上依次生长电子阻挡层、P型GaN层以及金属接触层，得到本实施例的紫外LED外延结构。
实施例5
1、按照实施例1中步骤1的方法在蓝宝石衬底上从下往上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层以及应力调节层；
2、在应力调节层表面生长电子减速层
在生长温度为840℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定80sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定120sccm，生长厚度为2nm的势阱层InaGa1-aN，其中a为0.02；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定120sccm，生长厚度为12nm的势垒层AlxGa1-xN，其中x为0.35；
上述完成第一组第一量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共2次，得到包括三组层叠设置的第一量子阱结构的电子减速层；
3、在电子减速层上生长前置发光层
在生长温度为830℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定80sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定180sccm，生长厚度为2nm的势阱层InbGa1-bN，其中b为0.025；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定100sccm，生长厚度为12nm的势垒层AlyGa1-yN，其中y为0.3；
上述完成第一组第二量子阱结构的生长；
在上述基础上，再循环上述步骤共8次，得到包括九组层叠设置的第二量子阱结构的前置发光层；
4、在前置发光层上生长后置发光层
在生长温度为810℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定80sccm，三甲基铟(TMIn)流量设定180sccm，生长厚度为2nm的势阱层IncGa1-cN，其中c为0.05；
随后在生长温度为920℃下，三乙基镓(TEGa)流量设定300sccm，三甲基铝(TMAl)流量设定70sccm，生长厚度为12nm的势垒层AlzGa1-zN，其中z为0.2；
上述完成第一组第三量子阱结构的生长，得到包括一组第三量子阱结构的后置发光层；
上述步骤2-4完成多量子阱结构的生长；
5、按照实施例1中步骤5的方法在多量子阱结构的表面从下往上依次生长电子阻挡层、P型GaN层以及金属接触层，得到本实施例的紫外LED外延结构。
试验例
将实施1-5中的紫外LED外延结构制作成380μm×760μm芯片，通入150mA的电流。按照相同的条件分别对两个传统紫外LED(370nm、395nm)通入电流作为对照例。
图3为本发明包括实施例2的紫外LED和对照例紫外LED电致发光波形强度对比图，其中，横坐标为波长，纵坐标为相对光强，虚线表示两个对照例紫外LED的波形及强度，实线表示本发明实施例2的双波峰紫外LED的波形及强度。从图3可知，包括本发明的紫外LED外延结构的紫外LED具有双波峰特点，虽然两个波峰的发光强度比对照例紫外LED会略低，但波长涵盖360～410nm之间，可一次性固化不同种类的指甲油。实施例1、3、4的电致发光波形与实施例2相似。
图4为本发明包括实施例2的紫外LED和本发明包括实施例5的紫外LED的电致发光波形强度对比图，其中，横坐标为波长，纵坐标为相对光强纵坐标为相对光强，实线表示本发明实施例2的双波峰紫外LED的波形及强度，虚线表示本发明实施例5的双波峰紫外LED的波形及强度。同实施例2对比，实施例5的前置发光层多一个阱垒周期、后置发光层少一个阱垒周期，两个实施例波形图相比，实施例5相比于实施例2的370nm段峰值光强更强，395nm峰值的光强稍弱，两个实施例证明了本发明能做到调控双波峰强度，进而可以匹配客户端多不同紫光波段的光强配比调控。
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外延结构，其特征在于，包括多量子阱结构，所述多量子阱结构由下至上依次包括电子减速层、前置发光层以及后置发光层；
其中，所述电子减速层包括至少一组由势阱层InaGa1-aN和势垒层AlxGa1-xN层叠设置而成的第一量子阱结构，所述前置发光层包括至少一组由势阱层InbGa1-b和势垒层AlyGa1-yN层叠设置而成的第二量子阱结构，所述后置发光层包括至少一组由势阱层IncGa1-cN和势垒层AlzGa1-zN层叠设置而成的第三量子阱结构，0.01<a<b<c<0.2，0.02<z<y<x<0.4。
2.根据权利要求1所述的紫外LED外延结构，其特征在于，所述电子减速层包括多组层叠设置的所述第一量子阱结构，所述前置发光层包括多组层叠设置的所述第二量子阱结构，所述后置发光层包括多组层叠设置的所述第三量子阱结构。
3.根据权利要求1-2任一所述的紫外LED外延结构，其特征在于，所述电子减速层中，所述势阱层InaGa1-aN的厚度为1-5nm，所述势垒层AlxGa1-xN的厚度为5-20nm。
4.根据权利要求1-2任一所述的紫外LED外延结构，其特征在于，所述前置发光层中，所述势阱层InbGa1-bN的厚度为1-5nm，所述势垒层AlyGa1-yN的厚度为5-20nm。
5.根据权利要求1-2任一所述的紫外LED外延结构，其特征在于，所述后置发光层中，所述势阱层IncGa1-cN的厚度为1-5nm，所述势垒层AlzGa1-zN的厚度为5-20nm。
6.根据权利要求1所述的紫外LED外延结构，其特征在于，所述电子减速层和前置发光层具有N型掺杂，所述后置发光层为非掺杂结构。
7.根据权利要求1所述的紫外LED外延结构，其特征在于，所述LED外延结构由下至上依次包括衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、应力调节层、所述多量子阱结构、电子阻挡层、P型GaN层以及金属接触层。
8.一种权利要求1-7任一项所述的紫外LED外延结构的生长方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在750-950℃下，生长所述电子减速层；
2)在750-950℃下，在所述电子减速层的上表面生长前置发光层；
3)在750-950℃下，在所述前置发光层的上表面生长后置发光层。
9.根据权利要求8所述的紫外LED外延结构的生长方法，其特征在于，步骤1)中，在750-850℃下，生长势阱层InaGa1-aN，在850-950℃下，生长势垒层AlxGa1-xN；
步骤2)中，在750-850℃下，生长势阱层InbGa1-bN，在850-950℃下，生长势垒层AlyGa1- yN；
步骤3)中，在750-850℃下，生长势阱层IncGa1-cN，在850-950℃下，生长势垒层AlzGa1- zN。
10.一种紫外LED，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的紫外LED外延结构。
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Denomination of invention: An ultraviolet LED epitaxial structure and its growth method Effective date of registration: 20220408 Granted publication date: 20210430 Pledgee: Anhui Science and technology Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: YUANRONG PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022980003972 |
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