CN114335278A - 一种uvb芯片的外延结构及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及紫外发光器件技术领域，尤其涉及一种UVB芯片的外延结构及其应用。本发明所述的外延结构创新性地引入电子缓存层使得电子在进入量子阱和空穴复合发光之前有一个缓存区，所述缓存区因为Al组分较低的AlInGaN层和Al组分较高的AlInGaN层交替生长，形成超晶格结构。电子能在Al组分较低的AlInGaN很好地缓存以及面内均匀扩展，同时Al组分较高的AlInGaN层能够一定程度上限制电子大量拥挤进入量子阱区域，使得电子和空穴持续有效且面内均匀复合，提高了器件的发光效率和寿命。

Description

一种UVB芯片的外延结构及其应用

技术领域

本发明涉及紫外发光器件技术领域，尤其涉及一种UVB芯片的外延结构及其应用。

背景技术

由于缺钙可以引起人体八大系统的一百多种疾病，其中骨质疏松最多。目前，如何补钙成了一项关乎人类健康的重要事情。通常情况下，人体皮肤组织细胞中的7-脱氢胆固醇经UVB紫外线（波长：280~320nm）照射，经过肝脏中的25-羟化酶催化作用生成25-羟基维生素D3，再经过过肾皮质中的1ɑ-羟化酶作用转变为1,25-二羟基维生素D3（活性形式），经血液转或淋巴液运到小肠和骨等靶器官中发挥作用。1,25-二羟基维生素D3具有调节钙磷代谢、骨转换和维持细胞内外钙浓度的作用。补钙的过程中，UVB紫外线起到了至关重要的作用。通常情况下，人们完全可以通过太阳照射获得UVB紫外线。不过，因为现在生活节奏太快，大部分人由于缺少室外活动而导致缺少太阳照射，进而导致缺钙。

同时，UVB紫外线在治疗皮肤炎方面也疗效显著，如过敏性皮炎以及湿疹在UVB紫外线的照射下能快速恢复，另外，UVB紫外线照射能够治疗白癜风，且是目前唯一有效的治疗方式。因此，人造UVB紫外线照射能够治疗白癜风，且是目前唯一有效的治疗方式。因此，人造UVB紫外线成了未来健康领域的重要一环，而人造紫外发光二极管芯片（UVB芯片）的研发和生产最近成了半导体领域的热门。与汞灯紫外光源相比，基于氮化铝镓（AlInGaN）材料的深紫外发光二极管具有坚固、节能、寿命长和无汞环保等优点。

目前，UVB芯片主要采用AlInGaN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AlInGaN缓冲层、AlInGaN非掺层、N型AlInGaN层、AlInGaN量子阱层、AlInGaN电子阻挡层以及P型AlInGaN层。而目前UVB芯片的发光效率低，发光强度衰减很快，UVB的寿命很短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种UVB芯片的外延结构及其应用，所述UVB芯片的外延结构能够提高UVB芯片的发光效率和使用寿命。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种UVB芯片的外延结构，包括由下到上依次层叠设置的衬底、AlInGaN基础层、非掺杂AlInGaN层、N型AlInGaN层、AlInGaN电子缓冲层、AlInGaN量子发光层、AlInGaN电子阻挡层、P型AlInGaN传输层和P型接触层；

所述AlInGaN电子缓冲层为AlInGaN超晶格层，所述AlInGaN超晶格层包括由下到上依次交替层叠设置的Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层和Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层；

所述AlInGaN量子发光层包括由下到上依次交替层叠设置的Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N量子垒层和Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N量子阱层；

其中，x3≥x1≥x2≥x4；y1、y2、y3和y4独立的≤0.1。

优选的，所述x1的取值范围为：x1≥0.3；

所述x2的取值范围为：0.1≤x2≤0.3。

优选的，所述Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N量子垒层和Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N量子阱层交替层叠设置的周期数为1~50。

优选的，每层所述Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N量子垒层的厚度为2~20nm；

每层所述Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N量子阱层的厚度为0.5~8mm。

优选的，所述Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层和Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层交替层叠设置的周期数为1~100。

优选的，每层所述Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层和Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层的厚度独立的为0.1~5nm。

优选的，所述AlInGaN基础层的材料为Al_x5In_y5Ga_1-x5-y5N；x2≤x5；

其中，x5的取值范围为：x5≥0.8；y5的取值范围为：y5<0.1。

优选的，所述非掺杂AlInGaN层的材料为Al_x6In_y6Ga_1-x6-y6N；x2≤x6；

其中x6的取值范围为：x6>0.5；y6的取值范围为：y6<0.1。

优选的，所述N型AlInGaN层的材料包括依次层叠设置的N型AlInGaN缓冲层和N型AlInGaN接触层；

所述N型AlInGaN缓冲层的材料为Al_x7In_y7Ga_1-x7-y7N，N型掺杂的掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3~1×10¹⁹cm^-3；

所述N型AlInGaN接触层的材料为Al_x8In_y8Ga_1-x8-y8N，N型掺杂的掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3~5×10¹⁹cm^-3；

其中，x7的取值范围为：x7>0.4；y7的取值范围为：y7<0.1；x2≤x7；

x8的取值范围为：x8>0.4；y8的取值范围为：y8<0.1；x2≤x8。

优选的，所述AlInGaN电子阻挡层的材料为Al_x9In_y9Ga_1-x9-y9N；

其中，所述x9的取值范围为：x9>0.4；y9的取值范围为：y9<0.1。

优选的，所述P型AlInGaN传输层的材料为Al_x10In_y10Ga_1-x10-y10N；

其中，x10的取值范围为：0.2~0.6，y10的取值范围为：y10<0.1；x2≤x10。

优选的，所述P型接触层的P型掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3~1×10²⁰cm^-3；

所述P型接触层的材料为Al_x11In_y11Ga_1-x11-y11N；

其中，x11的取值范围为：x11<0.3；y11的取值范围为：y11<0.1；x2≤x11。

本发明还提供了上述技术方案所述外延结构在UVB芯片中的应用。

本发明提供了一种UVB芯片的外延结构，包括由下到上依次层叠设置的衬底、AlInGaN基础层、非掺杂AlInGaN层、N型AlInGaN层、AlInGaN电子缓冲层、AlInGaN量子发光层、AlInGaN电子阻挡层、P型AlInGaN传输层和P型接触层；所述AlInGaN电子缓冲层为AlInGaN超晶格层，所述AlInGaN超晶格层包括由下到上依次交替层叠设置的Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层和Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层；所述AlInGaN量子发光层包括由下到上依次交替层叠设置的Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N量子垒层和Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N量子阱层；其中，x3≥x1≥x2≥x4；y1、y2、y3和y4独立的≤0.1。本发明所述的外延结构创新性地引入电子缓存层使得电子在进入量子阱和空穴复合发光之前有一个缓存区，所述缓存区因为Al组分较低的AlInGaN层和Al组分较高的AlInGaN层交替生长，形成超晶格结构。电子能在Al组分较低的AlInGaN很好地缓存以及面内均匀扩展，同时Al组分较高的AlInGaN层能够一定程度上限制电子大量拥挤进入量子阱区域，使得电子和空穴持续有效且面内均匀复合，提高了器件的发光效率和寿命。

附图说明

图1为本发明实施例所述UVB芯片的外延结构的结构示意图；其中，201-衬底，202-AlInGaN基础层，203-非掺杂AlInGaN层，204-N型AlInGaN缓冲层，205-N型AlInGaN接触层，206-AlInGaN电子缓冲层，207-AlInGaN量子发光层，208-AlInGaN电子阻挡层，209-P型AlInGaN传输层和210-P型接触层；

图2为本发明所述UVB芯片的外延结构中AlInGaN电子缓冲层的结构示意图；其中，311-Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层，312-Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层；

图3为实施例制备所述UVB芯片的流程图。

具体实施方式

如图1所示结构，本发明提供了一种UVB芯片的外延结构，包括由下到上依次层叠设置的衬底、AlInGaN基础层、非掺杂AlInGaN层、N型AlInGaN层、AlInGaN电子缓冲层、AlInGaN量子发光层、AlInGaN电子阻挡层、P型AlInGaN传输层和P型接触层；

所述AlInGaN电子缓冲层为AlInGaN超晶格层，所述AlInGaN超晶格层包括由下到上依次交替层叠设置的Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层和Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层；

所述AlInGaN量子发光层包括由下到上依次交替层叠设置的Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N量子垒层和Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N量子阱层；

其中，x3≥x1≥x2≥x4；y1、y2、y3和y4独立的≤0.1。

在本发明中，所述衬底优选为蓝宝石衬底、SiC衬底、AlN单晶衬底、AlN薄膜衬底、ZnO衬底或氧化镓衬底。在本发明的具体实施例中，所述衬底具体为蓝宝石衬底。

在本发明中，所述Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N量子阱层中Al的含量均优选小于所述AlInGaN基础层、非掺杂AlInGaN层、N型AlInGaN层和AlInGaN电子阻挡层中Al的含量。

在本发明中，所述AlInGaN基础层的材料优选为Al_x5In_y5Ga_1-x5-y5N；其中，x5的取值范围优选为：x5≥0.8；y5的取值范围优选为：y5<0.1。在本发明中，所述AlInGaN基础层的厚度优选为100nm~5000nm，更优选为2000nm。在本发明中的具体实施例中，所述AlInGaN基础层的材料具体为AlN层，厚度具体为3μm或2μm。

在本发明中，所述AlInGaN基础层的作用是用高Al组份的AlInGaN做基础层，可以提高整个外延结构的晶体质量，为后续生长各层打好基础；同时，用高Al组份的AlInGaN做基础层，可以使量子阱产生的UVB紫外光能够很容易提取出来。

在本发明中，所述非掺杂AlInGaN层的材料优选为Al_x6In_y6Ga_1-x6-y6N；其中，x6的取值范围优选为：x6>0.5；y6的取值范围优选为：y6<0.1。在本发明中，所述非掺杂AlInGaN层的厚度优选为100~5000nm，更优选为1000nm。在本发明的具体实施例中，所述非掺杂AlInGaN层具体为厚度为1μm的非掺杂Al_0.6Ga_0.4N层或厚度为1μm的非掺杂Al_0.65Ga_0.35N层。

在本发明中，所述非掺杂AlInGaN层可以降低位错密度，同时对AlInGaN基础层和N型AlInGaN层有很好的缓冲作用，减少了整个外延结构的应力。

在本发明中，所述N型AlInGaN层的材料优选包括依次层叠设置的N型AlInGaN缓冲层和N型AlInGaN接触层（如图1所示结构）。在本发明中，所述N型AlInGaN缓冲层的材料优选为Al_x7In_y7Ga_1-x7-y7N，其中，x7的取值范围优选为：x7>0.4；y7的取值范围优选为：y7<0.1；x2≤x7；N型掺杂的掺杂浓度优选为1×10¹⁷cm^-3~1×10¹⁹cm^-3，更优选为1×10¹⁸cm^-3；在本发明中，所述N型掺杂优选为N型Si掺杂。在本发明中，所述N型AlInGaN缓冲层的厚度优选为100~3000nm，更优选为100~2000nm，最优选为800nm。

在本发明中，所述N型AlInGaN缓冲层的作用实现非掺层到N型高掺杂层的低掺过渡，实现掺杂缓变，避免因突变掺杂导致的应力过大的问题。

在本发明中，所述N型AlInGaN接触层的材料为Al_x8In_y8Ga_1-x8-y8N，其中x8的取值范围优选为：x8>0.4；y8的取值范围优选为：y8<0.1；x2≤x8。N型掺杂的掺杂浓度优选为1×10¹⁸cm^-3~5×10¹⁹cm^-3，更优选为5×10¹⁸cm^-3；在本发明中，所述N型掺杂优选为N型Si掺杂。在本发明中，所述N型AlInGaN接触层的厚度优选为100~3000nm，更优选为100~2000nm，最优选为500nm。

在本发明中，所述N型AlInGaN接触层设置的目的是为了形成良好的N型欧姆接触，x8的取值越小，对紫外的吸收越强，且当x8=0.5时的效果最好。

在本发明的具体实施例中，所述N型AlInGaN接触层具体为厚度为0.3μm，N型Si掺杂浓度1×10¹⁹cm^-3的N型掺杂Al_0.45Ga_0.55N层、厚度为0.5μm，N型Si掺杂浓度1×10¹⁹cm^-3的N型掺杂Al_0.45Ga_0.55N层或厚度为0.5μm，N型Si掺杂浓度1.5×10¹⁹cm^-3的N型掺杂Al_0.5Ga_0.5N层。

在本发明中，所述AlInGaN电子缓冲层为AlInGaN超晶格层，所述AlInGaN超晶格层包括由下到上依次交替层叠设置的Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层和Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层（如图2所示结构）。在本发明中，x3≥x1≥x2≥x4，y3和y4的取值独立的优选≤0.1，也即是保证x3大于量子垒的组份x1，保证x4小于量子阱的组份。在本发明中，所述Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层和Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层交替层叠设置的周期数优选为1~100，更优选为1~50，最优选为5~50；在本发明中，每层所述Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层和Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层的厚度独立的优选为0.1~5nm，每层所述Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层的厚度更优选为0.1~3nm，最优选为0.1~1nm；每层所述Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层的厚度更优选为0.1~3nm，最优选为0.1~1nm。

在本发明中，此缓存区因Al组份较低的AlInGaN和Al组份较高的AlInGaN交替生长，形成超晶格结构。电子能在Al组份较低的Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层很好地缓存以及面内均匀扩展，同时Al组份较高的Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层能够一定程度地限制电子大量拥挤进入量子阱区域，使得电子和空穴持续有效且面内均匀复合，提高了器件的发光效率和寿命。

在本发明中，所述AlInGaN量子发光层包括由下到上依次交替层叠设置的Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N量子垒层和Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N量子阱层；其中，x3≥x1≥x2≥x4；y1和y2独立的优选≤0.1。所述x1的取值范围优选为：x1≥0.3；所述x2的取值范围优选为：0.1≤x2≤0.3。

在本发明中，所述Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N量子垒层和Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N量子阱层交替层叠设置的周期数优选为1~50，更优选为5~15，最优选为5~10；在本发明中，每层所述Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N量子垒层的厚度优选为2~20nm，更优选为5~16nm，最优选为8~10nm；每层所述Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N量子阱层的厚度优选为0.5~8nm，更优选为2~6nm，最优选为2~3nm。

在本发明的具体实施例中，所述Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N量子垒层具体为厚度为12nm的Al_0.5In_0.01Ga_0.49N量子垒层或厚度为10nm的Al_0.45In_0.01Ga_0.54N量子垒层；所述Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N量子阱层具体为厚度为2nm的Al_0.2In_0.01Ga_0.79N量子阱层、厚度为3nm的Al_0.2In_0.01Ga_0.79N量子阱层；周期数具体为6或8。

在本发明中，所述AlInGaN电子阻挡层的材料为Al_x9In_y9Ga_1-x9-y9N；其中，所述x9的取值范围优选为：x9>0.4；y9的取值范围优选为：y9<0.1。在本发明中，所述AlInGaN电子阻挡层的厚度优选为5~200nm，更优选为10~40nm。在本发明中，所述AlInGaN电子阻挡层优选为P型Mg掺杂；所述P型Mg掺杂的掺杂浓度优选为1×10¹⁷cm^-3~5×10¹⁹cm^-3，更优选为1×10¹⁸cm^-3~5×10¹⁹cm^-3。在本发明的具体实施例中，所述AlInGaN电子阻挡层具体为厚度为40nm，P型Mg掺杂的浓度为1.0×10¹⁹cm^-3的P型掺杂的Al_0.7Ga_0.3N电子阻挡层、厚度为30nm，P型Mg掺杂的浓度为1.5×10¹⁹cm^-3的P型掺杂的Al_0.5Ga_0.5N电子阻挡层或厚度为30nm，P型Mg掺杂的浓度为1.5×10¹⁹cm^-3的P型掺杂的Al_0.5Ga_0.5N电子阻挡层。

在本发明中，所述AlInGaN电子阻挡层的作用是阻挡电子从量子发光层溢出到P型传输层中，导致不能形成有效的辐射复合，电子阻挡层的作用可以提高电子空穴在量子发光层中的辐射复合效率。

在本发明中，所述P型AlInGaN传输层的材料优选为Al_x10In_y10Ga_1-x10-y10N，其中，x10的取值范围优选为：0.2~0.6，y10的取值范围优选为：y10<0.1。在本发明中，所述P型AlInGaN传输层的厚度优选为5~200nm，更优选为5~50nm。在本发明中，所述P型AlInGaN传输层的P型掺杂优选为P型Mg掺杂；所述P型Mg掺杂的掺杂浓度优选为1×10¹⁷cm^-3~1×10²⁰cm^-3，更优选为5×10¹⁸cm^-3~5×10¹⁹cm^-3。在本发明的具体实施例中，所述P型AlInGaN传输层具体为厚度为50nm，P型Mg掺杂的浓度为2×10¹⁹cm^-3的P型掺杂Al_0.3Ga_0.7N传输层；或厚度为30nm，P型Mg掺杂的浓度为5×10¹⁹cm^-3的P型掺杂Al_0.3Ga_0.7N传输层；或厚度为20nm，P型Mg掺杂的浓度为8×10¹⁹cm^-3的P型掺杂Al_0.4Ga_0.6N传输层。

在本发明中，所述P型AlInGaN传输层能够实现空穴在所述P型AlInGaN传输层的传输性能，提高整个发光面发光的均匀性。

在本发明中，所述P型接触层的P型掺杂浓度优选为1×10¹⁷cm^-3~1×10²⁰cm^-3，更优选为1×10¹⁸cm^-3~1×10²⁰cm^-3；所述P型GaN接触层的P型掺杂优选为P型Mg掺杂。在本发明中，所述P型接触层的材料优选为Al_x11In_y11Ga_1-x11-y11N；其中，x11的取值范围优选为：x11<0.3；y11的取值范围优选为：y11<0.1；x2≤x11。在本发明中，所述P型接触层的厚度优选为5~500nm，更优选为5~100nm，最优选为5~50nm。在本发明的具体实施例中，所述P型接触层具体为厚度为30nm，P型Mg掺杂的浓度为8×10¹⁹cm^-3的P型掺杂GaN接触层；或厚度为50nm，P型Mg掺杂的浓度为5.0×10¹⁹cm^-3的P型掺杂Al_0.1Ga_0.9N接触层；或厚度为50nm，P型Mg掺杂的浓度为5×10¹⁹cm^-3的P型掺杂Al_0.1Ga_0.9N接触层。

在本发明中，所述P型接触层可以形成良好的P型欧姆接触，其中Al含量越低越好，但是Al含量越低，对紫外的吸收越强，需要调整接触层中其他元素的配比关系；当P型接触层为P型GaN接触层时，为了避免对紫外光的强烈吸收，厚度需要控制在上述P型GaN接触层的厚度范围内。

在本发明中，所述外延结构的制备方法优选包括以下步骤：

在衬底的上表面依次生长AlInGaN基础层、非掺杂AlInGaN层、N型AlInGaN层、AlInGaN电子缓冲层、AlInGaN量子发光层、AlInGaN电子阻挡层、P型AlInGaN传输层和P型接触层，得到所述外延结构。

在所述衬底的上表面生长外延结构前，优选对所述衬底进行预处理，所述预处理包括依次进行的烘烤和清洗；在本发明中，所述烘烤优选在将所述衬底置于反应器中在氢气气氛中进行1050℃的烘烤，本发明对所述清洗的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行并能够去除所述衬底表面的氧化物和杂质即可。

本发明对所述AlInGaN基础层、非掺杂AlInGaN层、N型AlInGaN层、AlInGaN电子缓冲层、AlInGaN量子发光层、AlInGaN电子阻挡层、P型AlInGaN传输层和P型接触层的生长方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的生长方式进行生长即可。在本发明的具体实施例中，所述生长方式具体为高温沉积，所述高温沉积的温度具体为1100℃或1300℃。

本发明还提供了上述技术方案所述外延结构在UVB芯片中的应用。本发明对所述应用的方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方法进行即可。

为了验证本发明所述的外延结构的效果，在本发明的具体实施例中，将所述外延结构进行本领域技术人员熟知的倒装芯片的常规加工方式加工成倒装芯片结构，并对所述倒装芯片结构进行性能测试。在本发明的具体实施例中，所述UVB芯片的长边宽度优选为0.1~2mm，短边宽度优选为0.1~2mm。

下面结合实施例对本发明提供的UVB芯片的外延结构及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

按照图3所示流程，将蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，通入氢气，1050℃烘烤后，清洗所述蓝宝石衬底表面的氧化物和杂质；

在1300℃的温度下，在清洗后的蓝宝石衬底表面依次生长AlN层（厚度为3μm），生长非掺杂Al_0.65Ga_0.35N层（厚度为1μm），生长N型掺杂Al_0.65Ga_0.35N层（厚度为0.5μm，N型Si掺杂浓度为8×10¹⁸cm^-3），生长N型掺杂Al_0.5Ga_0.5N层（厚度为0.5μm，N型Si掺杂浓度1.5×10¹⁹cm^-3），生长Al_0.15In_0.01Ga_0.84N/Al_0.7In_0.01Ga_0.29N超晶格层电子缓存层，超晶格的周期数为20，Al_0.15In_0.01Ga_0.84N层和Al_0.7In_0.01Ga_0.29N层的厚度都为0.5nm，生长Al_0.5In_0.01Ga_0.49N量子垒层（厚度为12nm），生长Al_0.2In_0.01Ga_0.79N量子阱层（厚度为2nm），重复生长Al_0.5In_0.01Ga_0.49N量子垒层、Al_0.2In_0.01Ga_0.79N量子阱层5次，生长P型掺杂的Al_0.7Ga_0.3N电子阻挡层（厚度为50nm，P型Mg掺杂的浓度为1.0×10¹⁹cm^-3），生长P型掺杂Al_0.4Ga_0.6N传输层（厚度为20nm，P型Mg掺杂的浓度为2×10¹⁹cm^-3），生长P型掺杂GaN接触层（厚度为30nm，P型Mg掺杂的浓度为2×10¹⁹cm^-3），得到外延结构；

将得到的芯片结构表面进行清洗后，进行倒装芯片的制作，芯片大小为500μm×500μm，得到UVB芯片；

将所述UVB芯片通入100mA电流，波长为305nm，亮度为20mW，UVB光衰减到70%的时间为10000小时，使用寿命也得到提高。

实施例2

按照图3所示流程，将蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，通入氢气，1050℃烘烤后，清洗所述蓝宝石衬底表面的氧化物和杂质；

在1300℃的温度下，在清洗后的蓝宝石衬底表面依次生长AlN层（厚度为2μm），交替生长AlN层（厚度为2nm）和Al_0.8Ga_0.2N层（厚度为4nm）20个周期，生长非掺杂Al_0.65Ga_0.35N层（厚度为1μm），生长N型掺杂Al_0.65Ga_0.35N层（厚度为0.5μm，N型Si掺杂浓度为8×10¹⁸cm^-3），生长N型掺杂Al_0.5Ga_0.5N层（厚度为0.5μm，N型Si掺杂浓度1.5×10¹⁹cm^-3），生长Al_0.18In_0.01Ga_0.81N/Al_0.6In_0.01Ga_0.39N超晶格层电子缓存层，超晶格的周期数为30，Al_0.18In_0.01Ga_0.81N层和Al_0.6In_0.01Ga_0.39N层的厚度分别为0.2nm和1nm，生长Al_0.5In_0.01Ga_0.49N量子垒层（厚度为10nm），生长Al_0.2In_0.01Ga_0.79N量子阱层（厚度为2nm），重复生长Al_0.5In_0.01Ga_0.49N量子垒层、Al_0.2In_0.01Ga_0.79N量子阱层5次，生长P型掺杂的Al_0.7Ga_0.3N电子阻挡层（厚度为50nm，P型Mg掺杂的浓度为1.0×10¹⁹cm^-3），生长P型掺杂Al_0.4Ga_0.6N传输层（厚度为20nm，P型Mg掺杂的浓度为2×10¹⁹cm^-3），生长P型掺杂GaN接触层（厚度为30nm，P型Mg掺杂的浓度为2×10¹⁹cm^-3），得到外延结构；

将得到的芯片结构表面进行清洗后，进行倒装芯片的制作，芯片大小为500μm×500μm，得到UVB芯片；

将所述UVB芯片通入100mA电流，波长为305nm，亮度为25mW，UVB光衰减到70%的时间为12000小时，使用寿命也得到提高。

实施例3

按照图3所示流程，将蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，通入氢气，1050℃烘烤后，清洗所述蓝宝石衬底表面的氧化物和杂质；

在1300℃的温度下，在清洗后的蓝宝石衬底表面依次生长AlN层（厚度为2μm），交替生长AlN层（厚度为2nm）和Al_0.8Ga_0.2N层（厚度为4nm）20个周期，生长非掺杂Al_0.65Ga_0.35N层（厚度为1μm），生长N型掺杂Al_0.65Ga_0.35N层（厚度为0.5μm，N型Si掺杂浓度为8×10¹⁸cm^-3），生长N型掺杂Al_0.5Ga_0.5N层（厚度为0.5μm，N型Si掺杂浓度1.5×10¹⁹cm^-3），生长Al_0.18In_0.01Ga_0.81N/Al_0.6In_0.01Ga_0.39N超晶格层电子缓存层，超晶格的周期数为50，Al_0.18In_0.01Ga_0.81N层和Al_0.6In_0.01Ga_0.39N层的厚度分别为0.5nm和2nm，生长Al_0.5In_0.01Ga_0.49N量子垒层（厚度为10nm），生长Al_0.2In_0.01Ga_0.79N量子阱层（厚度为2nm），重复生长Al_0.5In_0.01Ga_0.49N量子垒层、Al_0.2In_0.01Ga_0.79N量子阱层5次，生长P型掺杂的Al_0.7Ga_0.3N电子阻挡层（厚度为50nm，P型Mg掺杂的浓度为1.0×10¹⁹cm^-3），生长P型掺杂Al_0.4Ga_0.6N传输层（厚度为20nm，P型Mg掺杂的浓度为2×10¹⁹cm^-3），生长P型掺杂GaN接触层（厚度为30nm，P型Mg掺杂的浓度为2×10¹⁹cm^-3），得到外延结构；

将得到的芯片结构表面进行清洗后，进行倒装芯片的制作，芯片大小为500μm×500μm，得到UVB芯片；

将所述UVB芯片通入100mA电流，波长为305nm，亮度为28mW，UVB光衰减到70%的时间为15000小时，使用寿命也得到提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种UVB芯片的外延结构，其特征在于，包括由下到上依次层叠设置的衬底、AlInGaN基础层、非掺杂AlInGaN层、N型AlInGaN层、AlInGaN电子缓冲层、AlInGaN量子发光层、AlInGaN电子阻挡层、P型AlInGaN传输层和P型接触层；

所述AlInGaN电子缓冲层为AlInGaN超晶格层，所述AlInGaN超晶格层包括由下到上依次交替层叠设置的Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层和Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层；

所述AlInGaN量子发光层包括由下到上依次交替层叠设置的Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N量子垒层和Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N量子阱层；

其中，x3≥x1≥x2≥x4；y1、y2、y3和y4独立的≤0.1。

2.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述x1的取值范围为：x1≥0.3；

所述x2的取值范围为：0.1≤x2≤0.3。

3.如权利要求1或2所述的外延结构，其特征在于，所述Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N量子垒层和Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N量子阱层交替层叠设置的周期数为1~50。

4.如权利要求3所述的外延结构，其特征在于，每层所述Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N量子垒层的厚度为2~20nm；

每层所述Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N量子阱层的厚度为0.5~8mm。

5.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层和Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层交替层叠设置的周期数为1~100。

6.如权利要求1或5所述的外延结构，其特征在于，每层所述Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N层和Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N层的厚度独立的为0.1~5nm。

7.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述AlInGaN基础层的材料为Al_x5In_y5Ga_1-x5-y5N；x2≤x5；

其中，x5的取值范围为：x5≥0.8；y5的取值范围为：y5<0.1。

8.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述非掺杂AlInGaN层的材料为Al_x6In_y6Ga_1-x6-y6N；x2≤x6；

其中x6的取值范围为：x6>0.5；y6的取值范围为：y6<0.1。

9.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述N型AlInGaN层的材料包括依次层叠设置的N型AlInGaN缓冲层和N型AlInGaN接触层；

所述N型AlInGaN缓冲层的材料为Al_x7In_y7Ga_1-x7-y7N，N型掺杂的掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3~1×10¹⁹cm^-3；

所述N型AlInGaN接触层的材料为Al_x8In_y8Ga_1-x8-y8N，N型掺杂的掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3~5×10¹⁹cm^-3；

其中，x7的取值范围为：x7>0.4；y7的取值范围为：y7<0.1；x2≤x7；

x8的取值范围为：x8>0.4；y8的取值范围为：y8<0.1；x2≤x8。

10.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述AlInGaN电子阻挡层的材料为Al_x9In_y9Ga_1-x9-y9N；

其中，所述x9的取值范围为：x9>0.4；y9的取值范围为：y9<0.1；x2≤x9。

11.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述P型AlInGaN传输层的材料为Al_x10In_y10Ga_1-x10-y10N；

其中，x10的取值范围为：0.2~0.6，y10的取值范围为：y10<0.1；x2≤x10。

12.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述P型接触层的P型掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3~1×10²⁰cm^-3；

所述P型接触层的材料为Al_x11In_y11Ga_1-x11-y11N；

其中，x11的取值范围为：x11<0.3；y11的取值范围为：y11<0.1；x2≤x11。

13.权利要求1~12任一项所述外延结构在UVB芯片中的应用。

Images