CN111769186B - 一种新型的AlGaN基紫外LED外延结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型的AlGaN基紫外LED外延结构，包括自下而上设置的金刚石/氧化锌复合柔性衬底、III族氮化物异质结构、金刚石/III族氮化物异质结构、III族氮化物异质有源区发光结构、p型III族氮化物异质结构，所述金刚石/氧化锌复合柔性衬底采用超晶格结构；本技术方案中，通过在III族氮化物异质结构与III族氮化物异质有源区发光结构之间设置金刚石/III族氮化物异质结构，金刚石/III族氮化物异质结构利用金刚石/氧化锌复合柔性衬底的超晶格的折射率差提高紫外波段的光子的反射，从而提高LED器件的光输出功率和可靠性，最终推动AlGaN基紫外LED器件的应用。
Description
技术领域
本发明涉及光电子器件技术领域，尤其涉及的是一种新型的AlGaN基紫外LED外延结构。
背景技术
随着GaN基发光二极管（Light Emitting Diode，LED）制备技术的不断发展和成熟，紫外发光二极管在诸多领域中具有重大的应用价值，例如空气和水的净化、生物医疗、紫外通信等。并且紫外LED具有寿命长、能量高、照射均匀、效率高、体积小和不含有毒物质等优点。因此，研究者们逐渐将研究重点转移到紫外LED上。
III族氮化物AlGaN材料是当前制备紫外LED外延片的主要材料，其禁带宽度适合制备发出紫外波段光电器件，并且可以随着A1组分的变化而得到不同禁带宽度的AlGaN合金材料。因此，通常采用改变A1组分的大小来制备出发射波长在200-400nm内变化的紫外LED。但是，现有的紫外LED中存在紫外波段的光子的反射较差，导致LED器件的光输出功率和可靠性较低，在一定程度上限制了AlGaN基紫外LED器件的应用。
因此，现有的技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的AlGaN基紫外LED外延结构，旨在解决现有的紫外LED中存在紫外波段的光子的反射较差，导致LED器件的光输出功率和可靠性较低的问题。
本发明的技术方案如下：一种新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其中，包括自下而上设置的金刚石/氧化锌复合柔性衬底、III族氮化物异质结构、金刚石/III族氮化物异质结构、III族氮化物异质有源区发光结构、p型III族氮化物异质结构，所述金刚石/氧化锌复合柔性衬底采用超晶格结构。
所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其中，所述金刚石/氧化锌复合柔性衬底包括自上而下设置的n型掺杂的金刚石单晶层和n型掺杂的氧化锌单晶层、或者自上而下设置的p型掺杂的金刚石单晶层和n型掺杂的氧化锌单晶层、或者自上而下设置的n型掺杂的金刚石单晶层和p型掺杂的氧化锌单晶层、或者自上而下设置的p型掺杂的金刚石单晶层和p型掺杂的氧化锌单晶层。
所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其中，所述金刚石/氧化锌复合柔性衬底的厚度为300nm—1.5mm之间，其中n型掺杂的金刚石单晶层的厚度为1nm--20nm之间。
所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其中，所述的金刚石/氧化锌复合柔性衬底掺杂杂质为钴、磷、氮和硫元素，掺杂浓度为1010—1020cm-3之间。
所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其中，所述金刚石/III族氮化物异质结构为金刚石/III族氮化物超晶格结构，外延在III族氮化物异质结构表面，位于III族氮化物异质结构与III族氮化物异质有源区发光结构之间，其中金刚石/III族氮化物异质结构为导电掺杂，掺杂杂质为钴、磷、氮和硫元素。
所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其中，所述金刚石/III族氮化物异质结构为金刚石/III族氮化物超晶格结构，外延在III族氮化物异质结构表面，位于III族氮化物异质结构与III族氮化物异质有源区发光结构之间，其中金刚石/III族氮化物异质结构为非导电掺杂。
所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其中，所述金刚石/III族氮化物异质结构为金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层，其中III族氮化物为n型掺杂，掺杂杂质为Si或者Zn元素，掺杂浓度为1010—1020cm-3之间。
所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其中，所述金刚石/III族氮化物异质结构为金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层，其中金刚石/III族氮化物异质结构为导电掺杂，掺杂杂质为钴、磷、氮和硫元素。
所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其中，所述金刚石/III族氮化物异质结构为金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层，采用金刚石/III族氮化物超晶格结构，外延在III族氮化物异质结构表面，位于III族氮化物异质结构与III族氮化物异质有源区发光结构之间，金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层为非导电掺杂。
所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其中，所述金刚石/III族氮化物异质结构为金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层，其中III族氮化物异质结构为AlInGaN结构或AlInGaN异质结构。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种新型的AlGaN基紫外LED外延结构，通过在III族氮化物异质结构与III族氮化物异质有源区发光结构之间设置金刚石/III族氮化物异质结构，金刚石/III族氮化物异质结构利用金刚石/氧化锌复合柔性衬底的超晶格的折射率差提高紫外波段的光子的反射，从而提高LED器件的光输出功率和可靠性，最终推动AlGaN基紫外LED器件的应用。
附图说明
图1是本发明中新型的AlGaN基紫外LED外延结构的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元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发明的限制。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括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
如图1所示，一种新型的AlGaN（氮化铝镓）基紫外LED外延结构，包括自下而上设置的复合柔性衬底1、III族氮化物异质结构2、金刚石/III族氮化物异质结构3、III族氮化物异质有源区发光结构4、p型III族氮化物异质结构5。
在某些具体实施例中，所述复合柔性衬底1为金刚石/氧化锌复合柔性衬底，采用金刚石单晶材料与氧化锌单晶材料以超晶格的形式交叠形成。
本技术方案中，通过在III族氮化物异质结构2与III族氮化物异质有源区发光结构4之间设置金刚石/III族氮化物异质结构3，金刚石/III族氮化物异质结构3利用金刚石/氧化锌复合柔性衬底的超晶格的折射率差提高紫外波段的光子的反射，从而提高LED器件的光输出功率和可靠性，最终推动AlGaN基紫外LED器件的应用。
本实施例中，所述金刚石/氧化锌复合柔性衬底包括自上而下设置的n型掺杂的金刚石单晶层和n型掺杂的氧化锌单晶层、或者自上而下设置的p型掺杂的金刚石单晶层和n型掺杂的氧化锌单晶层、或者自上而下设置的n型掺杂的金刚石单晶层和p型掺杂的氧化锌单晶层、或者自上而下设置的p型掺杂的金刚石单晶层和p型掺杂的氧化锌单晶层。
本实施例中，所述金刚石/氧化锌复合柔性衬底的厚度为300nm—1.5mm之间，其中n型掺杂的金刚石单晶层的厚度为1nm--20nm之间。
本实施例中，所述的金刚石/氧化锌复合柔性衬底掺杂杂质为钴（Co）、磷(P)、氮(N)和硫(S)元素，掺杂浓度为1010—1020cm-3之间。
在某些具体实施例中，所述金刚石/III族氮化物异质结构3可以根据实际需要采用多种结构实现：（1）所述金刚石/III族氮化物异质结构3为金刚石/III族氮化物超晶格结构，外延在III族氮化物异质结构2表面，位于III族氮化物异质结构2与III族氮化物异质有源区发光结构4之间，其中金刚石/III族氮化物异质结构3为导电掺杂，掺杂杂质为钴（Co）、磷(P)、氮(N)和硫(S)元素。（2）所述金刚石/III族氮化物异质结构3为金刚石/III族氮化物超晶格结构，外延在III族氮化物异质结构2表面，位于III族氮化物异质结构2与III族氮化物异质有源区发光结构4之间，其中金刚石/III族氮化物异质结构3为非导电掺杂。（3）所述金刚石/III族氮化物异质结构3为金刚石/III族氮化物异质结构DBR（布拉格反射器）高反层，其中III族氮化物为n型掺杂，掺杂杂质为Si或者Zn元素，掺杂浓度为1010—1020cm-3之间。（4）所述金刚石/III族氮化物异质结构3为金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层，其中金刚石/III族氮化物异质结构为导电掺杂，掺杂杂质为钴（Co）、磷(P)、氮(N)和硫(S)元素(P)、氮(N)和硫(S)元素。（5）所述金刚石/III族氮化物异质结构3为金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层，采用金刚石/III族氮化物超晶格结构，外延在III族氮化物异质结构2表面，位于III族氮化物异质结构2与III族氮化物异质有源区发光结构4之间，金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层为非导电掺杂。（6）所述金刚石/III族氮化物异质结构3为金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层，其中III族氮化物异质结构为AlInGaN（铝铟镓氮）结构或AlInGaN异质结构。
在某些具体实施例中，所述III族氮化物异质有源区发光结构4为AlGaN（氮化铝镓）/GaN（氮化镓）异质结构。
在某些具体实施例中，p型III族氮化物异质结构5为p型AlGaN/GaN异质结构，其中Al组分的质量百分比为0—25%。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
附图标号：
复合柔性衬底1；III族氮化物异质结构2；金刚石/III族氮化物异质结构3；III族氮化物异质有源区发光结构4；p型III族氮化物异质结构5。
Claims (10)
1.一种新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，包括自下而上设置的金刚石/氧化锌复合柔性衬底（1）、III族氮化物异质结构（2）、金刚石/III族氮化物异质结构（3）、III族氮化物异质有源区发光结构（4）、p型III族氮化物异质结构（5），所述金刚石/氧化锌复合柔性衬底（1）采用超晶格结构。
2.根据权利要求1所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，所述金刚石/氧化锌复合柔性衬底（1）包括自上而下设置的n型掺杂的金刚石单晶层和n型掺杂的氧化锌单晶层、或者自上而下设置的p型掺杂的金刚石单晶层和n型掺杂的氧化锌单晶层、或者自上而下设置的n型掺杂的金刚石单晶层和p型掺杂的氧化锌单晶层、或者自上而下设置的p型掺杂的金刚石单晶层和p型掺杂的氧化锌单晶层。
3.根据权利要求1所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，所述金刚石/氧化锌复合柔性衬底（1）的厚度为300nm—1.5mm之间，其中n型掺杂的金刚石单晶层的厚度为1nm--20nm之间。
4.根据权利要求1所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，所述的金刚石/氧化锌复合柔性衬底（1）掺杂杂质为钴、磷、氮和硫元素，掺杂浓度为1010—1020cm-3之间。
5.根据权利要求1所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，所述金刚石/III族氮化物异质结构（3）为金刚石/III族氮化物超晶格结构，外延在III族氮化物异质结构（2）表面，位于III族氮化物异质结构（2）与III族氮化物异质有源区发光结构（4）之间，其中金刚石/III族氮化物异质结构（3）为导电掺杂，掺杂杂质为钴、磷、氮和硫元素。
6.根据权利要求1所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，所述金刚石/III族氮化物异质结构（3）为金刚石/III族氮化物超晶格结构，外延在III族氮化物异质结构（2）表面，位于III族氮化物异质结构（2）与III族氮化物异质有源区发光结构（4）之间，其中金刚石/III族氮化物异质结构（3）为非导电掺杂。
7.根据权利要求1所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，所述金刚石/III族氮化物异质结构（3）为金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层，其中III族氮化物为n型掺杂，掺杂杂质为Si或者Zn元素，掺杂浓度为1010—1020cm-3之间。
8.根据权利要求1所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，所述金刚石/III族氮化物异质结构（3）为金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层，其中金刚石/III族氮化物异质结构为导电掺杂，掺杂杂质为钴、磷、氮和硫元素。
9.根据权利要求1所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，所述金刚石/III族氮化物异质结构（3）为金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层，采用金刚石/III族氮化物超晶格结构，外延在III族氮化物异质结构（2）表面，位于III族氮化物异质结构（2）与III族氮化物异质有源区发光结构（4）之间，金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层为非导电掺杂。
10.根据权利要求1所述的新型的AlGaN基紫外LED外延结构，其特征在于，所述金刚石/III族氮化物异质结构（3）为金刚石/III族氮化物异质结构DBR高反层，其中III族氮化物异质结构为AlInGaN结构或AlInGaN异质结构。
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| CN202010763404.1A Active CN111769186B (zh) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | 一种新型的AlGaN基紫外LED外延结构 |
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Citations (7)
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| JPH04333291A (ja) * | 1991-05-09 | 1992-11-20 | Agency Of Ind Science & Technol | ダブルヘテロ接合構造及び半導体レーザー素子 |
| US6872981B1 (en) * | 1999-07-07 | 2005-03-29 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Diamond ultraviolet luminescent element |
| CN102130243A (zh) * | 2010-01-12 | 2011-07-20 | 宋健民 | 发光二极管器件、其制造方法及半导体器件 |
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| CN109326689A (zh) * | 2017-07-31 | 2019-02-12 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种提高光萃取效率的uvled结构及其制备方法 |
-
2020
- 2020-07-31 CN CN202010763404.1A patent/CN111769186B/zh active Active
Patent Citations (7)
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|---|---|---|---|---|
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