CN112420888A - 紫外发光二极管外延片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种紫外发光二极管外延片及其制备方法，属于发光二极管技术领域。p型AlGaN层上的SnO2欧姆接触层接近透明且对紫外光的吸收较少，有利于紫外光的正常出射。同时SnO2材料与p型AlGaN层的晶格失配小，在p型AlGaN层上直接生长的SnO2欧姆接触层的缺陷少，减小空穴进入缺陷导致的空位的可能，更多的空穴可以进入GaN/AlGaN多量子阱层进行发光，进一步提高GaN/AlGaN多量子阱层的发光效率。同时SnO2欧姆接触层本身具有较好的导电性，因此在不掺杂p型杂质的前提下，也可以实现空穴的良好传递以及与ITO层、电极之间的良好接触。最终可以大幅提高紫外发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本公开涉及发光二极管技术领域，特别涉及一种紫外发光二极管外延片及其制备方法。
背景技术
紫外发光二极管是一种用于光固化的发光产品，常用于食物封口材料固化、医用胶固化等，紫外发光二极管外延片则是用于制备紫外发光二极管基础结构。紫外发光二极管外延片通常包括衬底及衬底上生长的n型AlGaN层、GaN/AlGaN多量子阱层、p型AlGaN层及p型GaN欧姆接触层。
p型GaN欧姆接触层所需的空穴的激活能较低，可以提高空穴的激活效率，但是氮化镓材料对紫外光有吸收，不利于紫外光的提取，导致紫外发光二极管的出光效率较低。
发明内容
本公开实施例提供了一种紫外发光二极管外延片及其制备方法，可以提高紫外发光二极管的晶体质量及发光效率。所述技术方案如下：
本公开实施例提供可一种紫外发光二极管外延片，所述紫外发光二极管外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的n型AlGaN层、GaN/AlGaN多量子阱层、p型AlGaN层及SnO2欧姆接触层。
可选地，所述SnO2欧姆接触层的厚度为100nm~200nm。
可选地，所述SnO2欧姆接触层中掺杂有p型杂质。
本公开实施例提供了一种紫外发光二极管外延片的制备方法，所述紫外发光二极管外延片的制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上生长n型AlGaN层；
在所述n型AlGaN层上生长GaN/AlGaN多量子阱层；
在所述GaN/AlGaN多量子阱层上生长p型AlGaN层；
在所述p型AlGaN层上生长SnO2欧姆接触层。
可选地，在所述p型AlGaN层上生长SnO2欧姆接触层，包括：
在所述p型AlGaN层上蒸镀所述SnO2欧姆接触层，所述SnO2欧姆接触层的蒸镀温度为350℃~450℃。
可选地，在所述p型AlGaN层上生长SnO2欧姆接触层，包括：
在反应腔的真空度为1*10-6~1*10-7 Pa的条件下蒸镀所述SnO2欧姆接触层。
可选地，在所述p型AlGaN层上生长SnO2欧姆接触层，包括：
在所述p型AlGaN层上蒸镀Mg与SnO2，最终形成所述SnO2欧姆接触层。
可选地，所述紫外发光二极管外延片的制备方法还包括：
在真空环境下对所述SnO2欧姆接触层退火。
可选地，所述SnO2欧姆接触层的退火温度为550℃~700℃，所述SnO2欧姆接触层的退火时长为1~2 h。
可选地，所述紫外发光二极管外延片的制备方法还包括：
在真空环境下对所述SnO2欧姆接触层退火之后，在所述SnO2欧姆接触层上生长ITO层。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：
将紫外发光二极管外延片中，p型AlGaN层上层叠SnO2欧姆接触层作为欧姆欧姆接触层，SnO2材料本身接近透明，且SnO2材料对紫外光的吸收较少，有利于紫外光的正常出射。同时SnO2材料与p型AlGaN层的晶格失配相比于GaN材料与p型AlGaN层的晶格失配更小，在p型AlGaN层上直接生长的SnO2欧姆接触层的质量会更好，内部缺陷更少，可以减小空穴进入缺陷导致的空位的可能，更多的空穴可以进入GaN/AlGaN多量子阱层进行发光，进一步提高GaN/AlGaN多量子阱层的发光效率。同时SnO2欧姆接触层本身具有较好的导电性，因此在不掺杂p型杂质的前提下，也可以实现空穴的良好传递以及与ITO层、电极之间的良好接触。最终可以大幅提高紫外发光二极管的发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本公开实施例提供的一种紫外发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本公开实施例提供的另一种紫外发光二极管外延片的结构示意图；
图3是本公开实施例提供的一种紫外发光二极管外延片及其制备方法流程图；
图4是本公开实施例提供的另一种紫外发光二极管外延片及其制备方法流程图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、 “下”、 “左”、 “右”、 “顶”、 “底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
图1是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图，如图1所示，本公开实施例提供可一种紫外发光二极管外延片，该紫外发光二极管外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的n型AlGaN层2、GaN/AlGaN多量子阱层3、p型AlGaN层4及SnO2欧姆接触层5。
将紫外发光二极管外延片中，p型AlGaN层4上层叠SnO2欧姆接触层5作为欧姆欧姆接触层5，SnO2材料本身接近透明，且SnO2材料对紫外光的吸收较少，有利于紫外光的正常出射。同时SnO2材料与p型AlGaN层4的晶格失配相比于GaN材料与p型AlGaN层4的晶格失配更小，在p型AlGaN层4上直接生长的SnO2欧姆接触层5的质量会更好，内部缺陷更少，可以减小空穴进入缺陷导致的空位的可能，更多的空穴可以进入GaN/AlGaN多量子阱层3进行发光，进一步提高GaN/AlGaN多量子阱层3的发光效率。同时SnO2欧姆接触层5本身具有较好的导电性，因此在不掺杂p型杂质的前提下，也可以实现空穴的良好传递以及与ITO层、电极之间的良好接触。最终可以大幅提高紫外发光二极管的发光效率。
需要说明的是，SnO2的禁带宽度为3.6 eV，大于GaN的3.4 eV，与p型掺杂AlGaN层更能形成很好的晶格匹配，因此有利于空穴的传输。
可选地，SnO2欧姆接触层5的厚度为100nm~200nm。
SnO2欧姆接触层5的厚度在以上范围内时，SnO2欧姆接触层5本身的质量较好，且SnO2欧姆接触层5能够具有良好的导电效果，而不会过度增加紫外发光二极管外延片的成本，降低成本的同时有效提供紫外发光二极管的发光效率。
示例性地，SnO2欧姆接触层5掺杂有p型杂质。
在SnO2欧姆接触层5中掺杂p型杂质，可以促使SnO2欧姆接触层5中产生空穴，并增强SnO2欧姆接触层5的导电性能，SnO2欧姆接触层5空穴的产生及导电性能的增强会抵消掺杂杂质带来的负面影响。
可选地，SnO2欧姆接触层5中的p型杂质可为Mg。Mg易于获取且活化能低，可产生较多空穴。
示例性地，SnO2欧姆接触层5中的Mg的掺杂浓度可为1010cm-3-1015cm-3。可以保证SnO2欧姆接触层5的质量并增加紫外发光二极管的发光效率。
图2是本公开实施例提供的另一种紫外发光二极管外延片的结构示意图，参考图2可知，在本公开实施例提供的另一种实现方式中，紫外发光二极管外延片可包括衬底1与在衬底1上依次层叠的缓冲层6、未掺杂AlGaN层7、n型AlGaN层2、GaN/AlGaN多量子阱层3、电子阻挡层8、p型AlGaN层4、SnO2欧姆接触层5及ITO层9。
需要说明的是，图2中所示的SnO2欧姆接触层5的结构与图1中所示的SnO2欧姆接触层5的结构相同，此处不再赘述。
示例性地，缓冲层6为AlN层。能够有效缓解衬底1与缓冲层6之后的结构的晶格失配。
可选地，缓冲层6的厚度为15~35nm。可以有效缓解晶格失配且不过度提高制备成本。
可选地，未掺杂AlGaN层7的厚度可为0.1至3.0微米。
未掺杂AlGaN层7的厚度较为恰当，成本较为合理的同时可以有效提高紫外发光二极管的质量。
可选地，n型AlGaN层2的厚度可在1.5~3.5微米之间。
n型AlGaN层2可以合理提供载流子，n型AlGaN层2本身的质量也好。
示例性地，n型AlGaN层2中所掺杂的n型元素可为Si元素。
示例性地，GaN/AlGaN多量子阱层3可为多量子阱结构。GaN/AlGaN多量子阱层3包括交替层叠的GaN层31和AlxGa1-xN层32，其中，0<x<0.3。发光效率较好。
GaN层31和AlxGa1-xN层32的层数可相同，且层数均可为4到12。得到的GaN/AlGaN多量子阱层3的质量较好，成本也较为合理。
可选地，GaN层31的厚度可在3nm左右，AlxGa1-xN层32的厚度可在8nm至20nm间。可以有效捕捉载流子并发光。
示例性地，电子阻挡层8可为P型AlyGa1-yN层（0.2<y<0.5），P型AlyGa1-yN层的厚度可为15nm至60nm之间。阻挡电子的效果较好。
示例性地，p型AlGaN层4可为P型掺杂AlGaN层。便于制备与获取。
可选地，p型AlGaN层4的厚度为50~300nm。得到的p型AlGaN层4整体的质量较好。
示例性地，SnO2欧姆接触层5可为p型GaN欧姆接触层，SnO2欧姆接触层5的厚度可为10~100nm。得到的SnO2欧姆接触层5的质量较好。
可选地，ITO层9的厚度可为80~200nm。能够实现与其他结构之间的良好粘连与配合。ITO层9即为透明导电层。
需要说明的是，图2仅为本公开实施例提供的紫外发光二极管的一种实现方式，在本公开所提供的其他实现方式中，紫外发光二极管也可为包括有反射层的其他形式的紫外发光二极管，本公开对此不做限制。
图3是本公开实施例提供的一种紫外发光二极管外延片的制备方法流程图，如图3所示，该紫外发光二极管外延片制备方法包括：
S101：提供一衬底。
S102：在衬底上生长n型AlGaN层。
S103：在n型AlGaN层上生长GaN/AlGaN多量子阱层。
S104：在GaN/AlGaN多量子阱层上生长p型AlGaN层。
S105：在p型AlGaN层上生长SnO2欧姆接触层。
将紫外发光二极管外延片中，p型AlGaN层上层叠SnO2欧姆接触层作为欧姆欧姆接触层，SnO2材料本身接近透明，且SnO2材料对紫外光的吸收较少，有利于紫外光的正常出射。同时SnO2材料与p型AlGaN层的晶格失配相比于GaN材料与p型AlGaN层的晶格失配更小，在p型AlGaN层上直接生长的SnO2欧姆接触层的质量会更好，内部缺陷更少，可以减小空穴进入缺陷导致的空位的可能，更多的空穴可以进入GaN/AlGaN多量子阱层进行发光，进一步提高GaN/AlGaN多量子阱层的发光效率。同时SnO2欧姆接触层本身具有较好的导电性，因此在不掺杂p型杂质的前提下，也可以实现空穴的良好传递以及与ITO层、电极之间的良好接触。最终可以大幅提高紫外发光二极管的发光效率。
执行完步骤S105后的紫外发光二极管外延片的结构可参见图1。
图4是本公开实施例提供的另一种紫外发光二极管外延片的制备方法流程图，如图4所示，该紫外发光二极管外延片制备方法包括：
S201：提供一衬底。
可选地，衬底可为蓝宝石衬底。
S202：在衬底上生长缓冲层，缓冲层为AlN层。
步骤S202中的AlN层可通过磁控溅射得到，
可选地，AlN层的溅射温度为400~700℃，溅射功率为3000~5000W，压力为1~10torr。能够得到质量较好的缓冲层。
可选地，步骤S202还包括：对缓冲层进行原位退火处理，温度在1000℃~1200℃，压力区间为150Torr~500Torr，时间在5分钟至10分钟之间。可以进一步提高缓冲层的晶体质量。
S203：在缓冲层上生长未掺杂AlGaN层。
可选地，未掺杂AlGaN层的生长温度为1000℃-1200℃，压力为50~200torr。得到的未掺杂AlGaN层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
可选地，未掺杂AlGaN层的生长厚度在0.1至3.0微米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
S204：在未掺杂AlGaN层上生长n型AlGaN层。
可选地，n型层为Si掺杂的n型AlGaN层。易于制备与获取。
可选地，n型AlGaN层的生长温度为1000℃-1200℃，压力为50~200torr。得到的n型AlGaN层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
示例性地，n型AlGaN层的生长厚度在1至4.0微米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
示例性地，n型AlGaN层中，Si掺杂浓度在1018cm-3-1020cm-3之间。
S205：在n型AlGaN层上生长GaN/AlGaN多量子阱层。
可选地，GaN/AlGaN多量子阱层可包括多量子阱结构。GaN/AlGaN多量子阱层包括多个交替层叠的GaN层和AlxGa1-xN层（0<x<0.3）。
示例性地，GaN层的生长温度的范围在850℃-950℃间，压力范围在100Torr与300Torr之间；AlxGa1-xN层的生长温度在900℃-1000℃，生长压力在50Torr到200Torr之间。能够得到质量较好的GaN/AlGaN多量子阱层。
可选地，GaN层的阱厚在3nm左右，垒的厚度在8nm至20nm间。得到的GaN/AlGaN多量子阱层的质量较好且成本合理。
S206：在GaN/AlGaN多量子阱层上生长电子阻挡层。
可选地，电子阻挡层可为p型AlyGa1-yN层（0.2<y<0.5）。
可选地，p型AlyGa1-yN层的生长温度为900℃-1050℃，压力为50~200torr。得到的p型掺杂AlGaN层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
示例性地，p型掺杂AlGaN层的生长厚度在15至60纳米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
S207：在电子阻挡层上生长p型AlGaN层。
可选地，p型AlGaN层的生长温度为850℃-1050℃，压力为50~200torr。得到的p型AlGaN层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
示例性地，p型AlGaN层的生长厚度在100至300纳米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
S208：在氮气氛围中对p型AlGaN层进行退火。
步骤S208包括：在退火温度为650℃~850℃，退火时长为5~15分钟的条件下对p型AlGaN层进行退火。提高p型AlGaN层的晶体质量，以保证在p型AlGaN层上生长的SnO2欧姆接触层的质量。
S209：在p型AlGaN层上生长SnO2欧姆接触层。
步骤S209，可包括：在p型AlGaN层上蒸镀SnO2欧姆接触层，SnO2欧姆接触层的蒸镀温度为350℃~450℃。
SnO2欧姆接触层通过蒸镀得到，且蒸镀条件在以上范围内，能够得到质量较好的SnO2欧姆接触层，减少SnO2欧姆接触层内存在的缺陷，减小SnO2欧姆接触层内空穴被缺陷捕获的可能性，进入GaN/AlGaN多量子阱层中复合发光的空穴更多，GaN/AlGaN多量子阱层发光强度更高，可以有效提高紫外发光二极管的发光效率。
可选地，步骤S209，还包括：在反应腔的真空度为1*10-6~1*10-7 Pa的条件下蒸镀SnO2欧姆接触层。
在上一段中的条件下，蒸镀得到的SnO2欧姆接触层的内部杂质较少，能够进一步提高SnO2欧姆接触层的晶体质量，真空度为1*10-6~1*10-7 Pa的条件可以进一步提高最终得到的SnO2欧姆接触层的晶体质量。减小对SnO2欧姆接触层内空穴移动的影响，保证紫外发光二极管的发光效率。
步骤S209，还可包括：在p型AlGaN层上蒸镀Mg与SnO2，最终形成SnO2欧姆接触层。
蒸镀Mg与SnO2可以在最后形成的SnO2欧姆接触层中掺杂Mg元素，在SnO2欧姆接触层内形成空穴，提高进入GaN/AlGaN多量子阱层中的空穴数量，以提高紫外发光二极管的发光效率。
可选地， 在p型AlGaN层上蒸镀SnO2欧姆接触层的过程中，可以同时蒸镀Mg与SnO2。
同时蒸镀Mg与SnO2，最终得到的SnO2欧姆接触层的生长较为均匀，SnO2欧姆接触层的质量较好。
S210：在真空环境下对SnO2欧姆接触层退火。
在SnO2欧姆接触层生长完之后，在真空环境下对SnO2欧姆接触层进行退火，可以进一步释放SnO2欧姆接触层内的应力，提高SnO2欧姆接触层的晶体质量，提高最终得到的紫外发光二极管的发光效率。
可选地，步骤S210中，SnO2欧姆接触层的退火温度为550℃~700℃，SnO2欧姆接触层的退火时长为1~2 h。
SnO2欧姆接触层的退火温度为550℃~700℃，SnO2欧姆接触层的退火时长为1~2 h，能够在较低的温度下对SnO2欧姆接触层进行较长时间的退火，有效释放应力并提高SnO2欧姆接触层的晶体质量，保证最终得到的紫外发光二极管的发光效率。
步骤S210中，在SnO2欧姆接触层在以上条件下退火1~2 h之后，控制反应腔的温度降低至20℃~30℃。
在SnO2欧姆接触层在以上条件下退火1~2 h之后，控制反应腔的温度降低至20℃~30℃，可以更有效地释放SnO2欧姆接触层的应力，提高最终得到的SnO2欧姆接触层的质量。
S211：在SnO2欧姆接触层上生长ITO层。
在SnO2欧姆接触层进行退火之后，在SnO2欧姆接触层上生长得到的ITO层的质量较好，可以减少对紫外光的吸收并减小空穴进入缺陷的数量。SnO2欧姆接触层本身也可以与ITO层之间形成良好的欧姆接触，有利于实现电流的有效扩展，提高紫外发光二极管的发光均匀度。整体可以提高发光效率的同时提高紫外发光二极管的发光均匀度。
执行完步骤S211后的紫外发光二极管外延片的结构可参见图2。
需要说明的是，在本公开实施例中，采用VeecoK465iorC4orRBMOCVD（MetalOrganicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀）设备实现LED的生长方法。采用高纯H2（氢气）或高纯N2（氮气）或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，三甲基镓（TMGa）及三乙基镓（TEGa）作为镓源，三甲基铟（TMIn）作为铟源，硅烷（SiH4）作为N型掺杂剂，三甲基铝（TMAl）作为铝源，二茂镁（CP2Mg）作为P型掺杂剂。
以上，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述紫外发光二极管外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的n型AlGaN层、GaN/AlGaN多量子阱层、p型AlGaN层及SnO2欧姆接触层。
2.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述SnO2欧姆接触层的厚度为100nm~200nm。
3.根据权利要求1或2所述的紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述SnO2欧姆接触层中掺杂有p型杂质。
4.一种紫外发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述紫外发光二极管外延片的制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上生长n型AlGaN层；
在所述n型AlGaN层上生长GaN/AlGaN多量子阱层；
在所述GaN/AlGaN多量子阱层上生长p型AlGaN层；
在所述p型AlGaN层上生长SnO2欧姆接触层。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述p型AlGaN层上生长SnO2欧姆接触层，包括：
在所述p型AlGaN层上蒸镀所述SnO2欧姆接触层，所述SnO2欧姆接触层的蒸镀温度为350℃~450℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述p型AlGaN层上生长SnO2欧姆接触层，包括：
在反应腔的真空度为1*10-6~1*10-7 Pa的条件下蒸镀所述SnO2欧姆接触层。
7.根据权利要求4~6任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述p型AlGaN层上生长SnO2欧姆接触层，包括：
在所述p型AlGaN层上蒸镀Mg与SnO2，最终形成所述SnO2欧姆接触层。
8.根据权利要求4~6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述紫外发光二极管外延片的制备方法还包括：
在真空环境下对所述SnO2欧姆接触层退火。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述SnO2欧姆接触层的退火温度为550℃~700℃，所述SnO2欧姆接触层的退火时长为1~2 h。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述紫外发光二极管外延片的制备方法还包括：
在真空环境下对所述SnO2欧姆接触层退火之后，在所述SnO2欧姆接触层上生长ITO层。
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