CN117153966A - 具备复合势垒结构的深紫外发光二极管及其外延生长方法 - Google Patents
具备复合势垒结构的深紫外发光二极管及其外延生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117153966A CN117153966A CN202311015183.XA CN202311015183A CN117153966A CN 117153966 A CN117153966 A CN 117153966A CN 202311015183 A CN202311015183 A CN 202311015183A CN 117153966 A CN117153966 A CN 117153966A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- sub
- composite barrier
- ultraviolet light
- emitting diode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims abstract description 108
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 61
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 61
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 41
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 14
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 328
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 11
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical group [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 8
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N endo-cyclopentadiene Natural products C1C=CC=C1 ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
- H01L33/325—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen characterised by the doping materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种具备复合势垒结构的深紫外发光二极管及其制备方法，深紫外发光二极管包括由下至上层叠设置的衬底、本征层、电子注入层、量子阱有源层、电子阻挡层以及空穴注入层，量子阱有源层包括交替设置的至少一个势阱层和至少两个复合势垒层，每个势阱层插入在两个相邻的复合势垒层之间，其中，复合势垒层包括依次层叠设置的第一子层、第二子层和第三子层；第一子层和第三子层的材料均为AlGaN，第二子层的材料为BAlGaN；本发明通过在量子阱有源层掺杂硼，可以实现深紫外发光二极管的光输出效率的提升。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电领域，尤其涉及一种具备复合势垒结构的深紫外发光二极管及其外延生长方法。
背景技术
深紫外发光二极管中，AlGaN是一种直接带隙宽禁带半导体材料，其禁带宽度可通过改变Al元素的掺入量(从禁带宽度为3.4eV的GaN到禁带宽度为6.2eV的AlN连续可调)，以实现365nm到200nm光谱范围内的发光，且具有物理化学性质稳定、耐高温、抗辐照等优异性能，是当前制备半导体深紫外光源器件的最佳候选材料。而且，AlGaN基的深紫外发光二极管相比于传统汞灯具有体积小、功耗低、环保安全和集成度高等诸多优势，将有望在未来几年取得突破性进展以及巨大应用，近年来受到越来越多的关注和重视。
然而目前基于AlGaN材料的深紫外发光二极管的发光效率仍然较低，一部分原因由于深紫外发光二极管的载流子注入效率较低所导致的。一方面，AlGaN薄膜中较多的位错会作为补偿中心和散射中心，会降低载流子的迁移率与激活效率。另一方面，随着AlGaN材料中Al组分的增高，施主/受主能级不断加深，激活能持续增加，导致载流子浓度逐渐降低。同时，由于n型掺杂元素所需要的激活能小，使得n型电子的迁移率和激活浓度要远高于空穴的迁移率和激活浓度。电子和空穴不对称的迁移率和激活浓度使得电子极易越过量子阱区域进入p掺杂区域与空穴辐合发光，这大大降低了深紫外发光二极管的载流子注入效率。尤其是对于发光波长较短的深紫外发光二极管，这个问题更加严重。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种深紫外发光二极管，用于改善现有技术的深紫外发光二极管的光输出功率较低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种具备复合势垒结构的深紫外发光二极管，包括由下至上层叠设置的衬底、本征层、电子注入层、量子阱有源层、电子阻挡层以及空穴注入层，量子阱有源层包括交替设置的至少一个势阱层和至少两个复合势垒层，每个势阱层插入在两个相邻的复合势垒层之间；
其中，复合势垒层包括依次层叠设置的第一子层、第二子层和第三子层；第一子层和第三子层的材料均为AlGaN，第二子层的材料为BAlGaN。
优选地，势阱层的材料为Alx1Gay1N，其中，15％＜x1＜70％，且x1+y1＝1。
优选地，第一子层和第三子层的材料均为Alx2Gay2N，第二子层的材料为Bz3Alx3Gay3N；
其中，30％＜x2＜95％，且x2+y2＝1；0＜z3＜50％，x3+y3+z3＝1。
优选地，势阱层的厚度范围为0.5nm～15nm，复合势垒层的厚度范围为1nm～20nm。
优选地，第一子层的厚度与第三子层的厚度相等，第二子层的厚度小于第一子层的厚度；
其中，第二子层的厚度范围为0.5nm～5nm。
优选地，量子阱有源层的周期数大于等于1且小于等于10，周期数为正整数。
优选地，势阱层以及复合势垒层的生长温度范围为950摄氏度至1200摄氏度，复合势垒层中掺杂有n型掺杂剂，复合势垒层的生长压力范围为20torr-100torr。
相应地，本发明还提供一种具备复合势垒结构的深紫外发光二极管的外延生长方法，方法包括：
在一衬底上外延生长本征层；
在本征层上外延生长电子注入层；
在电子注入层上外延生长具备复合势垒结构的量子阱有源层；
在量子阱有源层上外延生长电子阻挡层；
在电子阻挡层上外延生长空穴注入层；
其中，量子阱有源层包括交替设置的至少一个势阱层和至少两个复合势垒层，每个势阱层插入在两个相邻的复合势垒层之间；复合势垒层包括依次层叠设置的第一子层、第二子层和第三子层；第一子层和第三子层的材料均为AlGaN，第二子层的材料为BAlGaN。
优选地，势阱层以及复合势垒层的生长温度范围为950摄氏度至1200摄氏度，复合势垒层中掺杂有n型掺杂剂，复合势垒层的生长压力范围为20torr-100torr。
优选地，量子阱有源层的周期数大于等于1且小于等于10，周期数为正整数。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种具备复合势垒结构的深紫外发光二极管及其制备方法，深紫外发光二极管包括由下至上层叠设置的衬底、本征层、电子注入层、量子阱有源层、电子阻挡层以及空穴注入层，量子阱有源层包括交替设置的至少一个势阱层和至少两个复合势垒层，每个势阱层插入在两个相邻的复合势垒层之间，其中，复合势垒层包括依次层叠设置的第一子层、第二子层和第三子层；第一子层和第三子层的材料均为AlGaN，第二子层的材料为BAlGaN；本发明通过在电子注入层与电子阻挡层之间设置具备复合势垒结构的量子阱有源层，且量子阱有源层中复合势垒层包括BAlGaN材料的第二子层，使得复合势垒层中掺杂有硼，一方面可以加速空穴注入至量子阱有源层中，从而提高了量子阱有源层中空穴的浓度，另一方面提高了势垒高度，从而可以有效阻挡电子以减少电子的泄露，进而实现了深紫外发光二极管的光输出效率的提升。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管的截面结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管的外延生长方法工艺流程图；
图3是对比例的深紫外发光二极管中量子阱有源层的能带结构图；
图4是本发明实施例1所提供的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管中量子阱有源层的能带结构图；
图5为两种不同结构的深紫外发光二极管的光输出功率随电流的变化曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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，均属于本发明保护的范围。
现结合具体实施例对本申请的技术方案进行描述。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的深紫外发光二极管100的截面结构示意图；本发明提供了一种具备复合势垒结构的深紫外发光二极管100，包括由下至上层叠设置的衬底11、本征层12、电子注入层13、量子阱有源层14、电子阻挡层15以及空穴注入层16，量子阱有源层14包括交替设置的至少一个势阱层141和至少两个复合势垒层142，每个势阱层141插入在两个相邻的复合势垒层142之间；
其中，复合势垒层142包括依次层叠设置的第一子层、第二子层和第三子层；第一子层和第三子层的材料均为AlGaN，第二子层的材料为BAlGaN。
在本发明实施例中，衬底11为蓝宝石材料；蓝宝石材料有许多的优点：首先，蓝宝石材料的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底11。
在本发明实施例中，本征层12包括设置于衬底11上的低温缓冲层以及设置于低温缓冲层上的氮化铝本征层；其中，低温缓冲层的材料为氮化铝，其生长温度的范围在400摄氏度至800摄氏度之间，其厚度范围在10nm至50nm之间；氮化铝本征层为氮化铝，其生长温度的范围在1200摄氏度至1400摄氏度之间，其厚度范围在500nm至4000nm之间。
在本发明实施例中，电子注入层13的材料为硅掺杂的氮化铝镓材料，掺杂剂为SiH4；其中，电子注入层13中铝元素的组分范围在20％至90％之间，电子注入层13厚度范围在500nm至4000nm之间，电子注入层13的生长温度的范围在900摄氏度至1200摄氏度之间。
在本发明实施例中，量子阱有源层14设置于载流子分布改善层15上，量子阱有源层14的生长温度范围在950摄氏度至1200摄氏度之间。
具体地，具备复合势垒结构的量子阱有源层14包括交替设置的至少一个势阱层141和至少两个复合势垒层142，每个势阱层141插入在两个相邻的复合势垒层142之间；其中，势阱层141以及复合势垒层142均包括AlGaN材料，且每一层势阱层141的铝组分总含量比每一层复合势垒层142的铝组分总含量低，这样是为了确保量子阱有源层14中的载流子被限制在势阱层141内。
进一步地，势阱层的材料为Alx1Gay1N，其中，15％＜x1＜70％，且x1+y1＝1。
进一步地，复合势垒层142包括依次层叠设置的第一子层、第二子层和第三子层；第一子层和第三子层的材料均为AlGaN，第二子层的材料为BAlGaN，至少一个第一子层以及至少一个第三子层靠近势阱层141设置且与势阱层141相接触；
进一步地，第一子层和第三子层的材料均为Alx2Gay2N，第二子层的材料为Bz3Alx3Gay3N；
其中，30％＜x2＜95％，且x2+y2＝1；0＜z3＜50％，x3+y3+z3＝1。
具体地，第二子层中掺杂硼能够有效提高量子阱有源层的空穴浓度的同时，阻挡电子进入量子阱有源层内；然而，当第二子层中硼组分的质量百分浓度大于或者等于50％时，会使第二子层不导电，进而降低了深紫外发光二极管100的发光效率。
在本发明实施例中，势阱层141的厚度范围为0.5nm～15nm，复合势垒层142的厚度范围为1nm～20nm；
其中，第一子层的厚度与第三子层的厚度相等，第二子层的厚度小于第一子层的厚度；第二子层的厚度范围为0.5nm～5nm。这样设计是为了保证复合势垒层142存在一定的硼掺杂浓度。
在本发明实施例中，量子阱有源层的周期数大于等于1且小于等于10，周期数为正整数。
优选地，势阱层以及复合势垒层的生长温度范围为950摄氏度至1200摄氏度，复合势垒层142中掺杂有n型掺杂剂，n型掺杂剂选用SiH4，复合势垒层142的生长压力范围为20torr-100torr；其中，复合势垒层142掺杂SiH4主要是为了提供少量的载流电子，以供电子空穴对在势阱层141中复合发光。
在本发明实施例中，电子阻挡层15设置于量子阱有源层14上，电子阻挡层15的生长温度范围在700摄氏度至1100摄氏度之间；其中，电子阻挡层15为单层AlGaN结构或者AlGaN/AlGaN组成的超晶格结构，其平均Al组分为45％～100％，厚度为1nm～100nm。
在本发明实施例中，空穴注入层16设置于电子阻挡层15上，空穴注入层16的生长温度范围在700摄氏度至1100摄氏度之间；其中，空穴注入层16的材料为P型掺杂的AlGaN材料，空穴注入层16中铝组分含量的百分数范围在0至100％之间，空穴注入层16的厚度范围在1nm至50nm之间，空穴注入层16采用二茂镁作为掺杂剂。
进一步地，本发明的深紫外发光二极管100还包括欧姆接触层17，欧姆接触层17设置于空穴注入层16上，欧姆接触层17的生长温度范围在400摄氏度至900摄氏度之间；其中，欧姆接触层17的材料为P型掺杂的GaN材料，欧姆接触层17中铝组分含量的百分数范围在0至100％之间，欧姆接触层17的厚度范围在1nm至20nm之间，欧姆接触层17采用二茂镁作为掺杂剂。
进一步地，在本发明实施例中，深紫外发光二极管100还包括N型电极18和P型电极19；
其中，量子阱有源层14与电子注入层13之间形成台阶状结构，且量子阱有源层14的面积小于电子注入层13的面积，P型电极19设置于欧姆接触层17上，N型电极18设置于电子注入层13的台阶结构处。
相应地，本发明实施例还提供一种具备复合势垒结构的深紫外发光二极管100的外延生长方法；请参阅图1以及图2，图2为本发明实施例所提供的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管100的外延生长方法工艺流程图，具体地，上述外延生长方法包括：
S10，在一衬底11上外延生长本征层12。
具体地，S10还包括：
首先，提供一衬底11，衬底11为蓝宝石材料；之后，在400摄氏度～800摄氏度下，在衬底11上低温生长低温缓冲层，低温缓冲层的厚度范围在10nm至50nm之间；最后，将生长温度升温至1200摄氏度至1400摄氏度之间，在低温缓冲层上生长氮化铝本征层，氮化铝本征层的厚度范围在500nm至4000nm之间。其中，低温缓冲层以及氮化铝本征层构成本征层12，低温缓冲层以及氮化铝本征层12的材料均为氮化铝。
S20，在本征层12上外延生长电子注入层13。
具体的，S20还包括：
首先，将生长温度降低至900摄氏度至1200摄氏度之间；之后，在本征层12外延生长电子注入层13。其中，电子注入层13的材料为硅掺杂的氮化铝镓材料；其中，铝元素的组分范围在20％至90％之间，硅掺杂剂为SiH4。
S30，在电子注入层13上外延生长具备复合势垒结构的量子阱有源层14。
具体的，S30还包括：
首先，将生长温度降低至900摄氏度至1200摄氏度之间，在电子注入层13上外延生长量子阱有源层14；其中，量子阱有源层14包括交替设置的至少一个势阱层141和至少两个复合势垒层142，每个势阱层141插入在两个相邻的复合势垒层142之间；
其中，量子阱有源层14包括交替设置的至少一个势阱层141和至少两个复合势垒层142，每个势阱层141插入在两个相邻的复合势垒层142之间；复合势垒层142包括依次层叠设置的第一子层、第二子层和第三子层；第一子层和第三子层的材料均为AlGaN，第二子层的材料为BAlGaN。
S40，在量子阱有源层14上外延生长电子阻挡层15。
具体的，S40还包括：
首先，维持反应腔的温度范围在700摄氏度至1100摄氏度之间，在量子阱有源层14上外延生长电子阻挡层15；其中，电子阻挡层15为单层AlGaN结构或者AlGaN/AlGaN组成的超晶格结构。
具体地，电子阻挡层15铝组分含量的百分比范围在45％至100％之间，电子阻挡层15厚度范围在1nm至100nm之间。
S50，在电子阻挡层15上外延生长空穴注入层16。
具体地，S70还包括：
将生长温度维持到700摄氏度至1100摄氏度之间，在电子阻挡层15上外延生长空穴注入层16。其中，空穴注入层16的材料为P型掺杂的氮化铝镓材料，空穴注入层16中铝组分的百分数范围在0至100％之间，空穴注入层16的厚度范围在1nm至100nm之间，空穴注入层16采用二茂镁作为P型掺杂剂。
之后，将生长温度降温到400摄氏度至900摄氏度之间，在空穴注入层16上外延生长欧姆接触层17；其中，欧姆接触层17的材料为P型掺杂的氮化镓材料，欧姆接触层17的厚度范围在1nm至20nm之间，欧姆接触层17采用二茂镁作为p型掺杂剂。
之后，在电子注入层13的台阶结构处设置N型电极18，N型电极18与电流扩展层14相对且间隔设置；最后，在欧姆接触层17上形成P型电极19。
具体地，通过上述方法制备一种具备复合势垒结构的深紫外发光二极管100，并与现有技术的深紫外发光二极管100进行对比，上述两种深紫外发光二极管100在不同驱动电流(mA)的作用下，分别测试上述两种深紫外发光二极管100对应的光输出功率(mW)，如图5所示。
实施例1：
本发明实施例1提供的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管100的膜层结构由下至上依次如下所示：
衬底11，材料为蓝宝石材料；
本征层12，材料为氮化铝，其厚度为2000nm；
电子注入层13，材料为Si掺杂的氮化铝镓材料，其中，电子注入层13中的Al组分占电子注入层13的质量百分含量为50％，厚度为2500nm；
量子阱有源层14中，包括交替设置的至少一个势阱层141和至少两个复合势垒层142，每个势阱层141插入在两个相邻的复合势垒层142之间；复合势垒层142包括依次层叠设置的第一子层、第二子层和第三子层；
其中，势阱层141中Al组分的质量百分浓度为45％，势阱层141的厚度为2nm；复合势垒层142中第一子层的厚度为4nm，材料为AlGaN，Al组分的质量百分含量为55％；复合势垒层142中第三子层的厚度为4nm，材料为AlGaN，Al组分的质量百分含量为55％；复合势垒层142中第二子层的厚度为2nm，材料为BAlGaN，Al组分的质量百分含量为45％，B组分的质量百分含量为10％；
电子阻挡层15，材质为单层AlGaN结构，厚度为50nm，Al组分的质量百分数为60％；
空穴注入层16，材质为P型掺杂的氮化铝镓材料，空穴注入层16中铝组分的质量百分数为40％，厚度为20nm，采用二茂镁作为P型掺杂剂；
欧姆接触层17，材料为P型掺杂的氮化镓材料，欧姆接触层17的厚度为10nm，欧姆接触层17采用二茂镁作为P型掺杂剂。
进一步地，采用常规方法在电子注入层13上均设置相同材料的N型电极18，并在欧姆接触层17上均设置相同材料的P型电极19，以构成完整的外延芯片结构，具体工艺在此不做赘述。其中，N型电极18以及P型电极19均为多层复合金属材料。
对比例：
常规工艺制备的深紫外发光二极管100，对比例提供的深紫外发光二极管100的膜层结构与实施例1的结构和材料大致相同，不同之处仅在于量子阱有源层的结构不同。
在常规工艺制备的深紫外发光二极管100中，量子阱有源层14包括常规势垒层以及常规势阱层，常规势垒层的材料为氮化铝镓，Al组分的质量百分含量为55％，常规势垒层的厚度为10nm；势阱层141的材料为氮化铝镓，Al组分含量为45％，势阱层141的厚度为2nm；对比例的其他膜层结构与本发明实施例的其他膜层结构相同。
请参阅图3以及图4，图3是对比例的深紫外发光二极管100中量子阱有源层14的能带结构图；图4是本发明实施例1所提供的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管100中量子阱有源层14的能带结构图；其中，将图4与图3进行对比可知，本发明实施例1所提供的量子阱有源层14的复合势垒层142的导带的能量高于对比例所提供的量子阱有源层14的常规势垒层的导带的能量，这说明本发明实施例1中的复合势垒层142的电子密度比对比例所提供的常规势垒层的电子密度更低，进而说明本发明实施例1所提供的量子阱有源层14可以有效的阻挡电子，减少了电子的泄露，从而提高了深紫外发光二极管100的发光效率。
请参阅图5，图5为两种不同结构的深紫外发光二极管100的光输出功率随电流的变化曲线图；其中，在不同驱动电流(mA)的作用下，分别测试上述两种深紫外发光二极管100的光输出功率(mW)随驱动电流的变化曲线图，如图5所示。
具体地，当注入电流为100mA时，对比例提供的深紫外发光二极管100的光输出功率为18.1mW，而实施例1提供的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管100的光输出功率为20.9mW，相比对比例提供的深紫外发光二极管100的光输出功率提升了15.5％。这是由于有复合势垒结构提高了量子阱中空穴的浓度，减少了电子的泄露，从而实现了深紫外LED量子效率的提升。
综上，区别于现有技术的情况，本发明提供了一种具备复合势垒结构的深紫外发光二极管100及其制备方法，深紫外发光二极管100包括由下至上层叠设置的衬底11、本征层12、电子注入层13、量子阱有源层14、电子阻挡层15以及空穴注入层16，量子阱有源层14包括交替设置的至少一个势阱层141和至少两个复合势垒层142，每个势阱层141插入在两个相邻的复合势垒层142之间，其中，复合势垒层142包括依次层叠设置的第一子层、第二子层和第三子层；第一子层和第三子层的材料均为AlGaN，第二子层的材料为BAlGaN；本发明通过在电子注入层13与电子阻挡层15之间设置具备复合势垒结构的量子阱有源层14，且量子阱有源层14中复合势垒层142包括BAlGaN材料的第二子层，使得复合势垒层142中掺杂有硼，一方面可以加速空穴注入至量子阱有源层中，从而提高了量子阱有源层中空穴的浓度，另一方面提高了势垒高度，从而可以有效阻挡电子以减少电子的泄露，进而实现了深紫外发光二极管的光输出效率的提升。
需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。
以上实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种具备复合势垒结构的深紫外发光二极管，其特征在于，包括由下至上层叠设置的衬底、本征层、电子注入层、量子阱有源层、电子阻挡层以及空穴注入层，所述量子阱有源层包括交替设置的至少一个势阱层和至少两个复合势垒层，每个所述势阱层插入在两个相邻的所述复合势垒层之间；
其中，所述复合势垒层包括依次层叠设置的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层和所述第三子层的材料均为AlGaN，所述第二子层的材料为BAlGaN。
2.根据权利要求1所述的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管，其特征在于，所述势阱层的材料为Alx1Gay1N，其中，15％＜x1＜70％，且x1+y1＝1。
3.根据权利要求1所述的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管，其特征在于，所述第一子层和所述第三子层的材料均为Alx2Gay2N，所述第二子层的材料为Bz3Alx3Gay3N；
其中，30％＜x2＜95％，且x2+y2＝1；0＜z3＜50％，x3+y3+z3＝1。
4.根据权利要求1所述的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管，其特征在于，所述势阱层的厚度范围为0.5nm～15nm，所述复合势垒层的厚度范围为1nm～20nm。
5.根据权利要求4所述的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管，其特征在于，所述第一子层的厚度与所述第三子层的厚度相等，所述第二子层的厚度小于所述第一子层的厚度；
其中，所述第二子层的厚度范围为0.5nm～5nm。
6.根据权利要求1所述的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管，其特征在于，所述量子阱有源层的周期数大于等于1且小于等于10，所述周期数为正整数。
7.根据权利要求1所述的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管，其特征在于，所述势阱层以及所述复合势垒层的生长温度范围为950摄氏度至1200摄氏度，所述复合势垒层中掺杂有n型掺杂剂，所述复合势垒层的生长压力范围为20torr-100torr。
8.一种具备复合势垒结构的深紫外发光二极管的外延生长方法，其特征在于，所述方法包括：
在一衬底上外延生长本征层；
在所述本征层上外延生长电子注入层；
在所述电子注入层上外延生长具备复合势垒结构的量子阱有源层；
在所述量子阱有源层上外延生长电子阻挡层；
在所述电子阻挡层上外延生长空穴注入层；
其中，所述量子阱有源层包括交替设置的至少一个势阱层和至少两个复合势垒层，每个所述势阱层插入在两个相邻的所述复合势垒层之间；所述复合势垒层包括依次层叠设置的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层和所述第三子层的材料均为AlGaN，所述第二子层的材料为BAlGaN。
9.根据权利要求8所述的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管的外延生长方法，其特征在于，所述势阱层以及所述复合势垒层的生长温度范围为950摄氏度至1200摄氏度，所述复合势垒层中掺杂有n型掺杂剂，所述复合势垒层的生长压力范围为20torr-100torr。
10.根据权利要求8所述的具备复合势垒结构的深紫外发光二极管的外延生长方法，其特征在于，所述量子阱有源层的周期数大于等于1且小于等于10，所述周期数为正整数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311015183.XA CN117153966A (zh) | 2023-08-11 | 2023-08-11 | 具备复合势垒结构的深紫外发光二极管及其外延生长方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311015183.XA CN117153966A (zh) | 2023-08-11 | 2023-08-11 | 具备复合势垒结构的深紫外发光二极管及其外延生长方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117153966A true CN117153966A (zh) | 2023-12-01 |
Family
ID=88903598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311015183.XA Pending CN117153966A (zh) | 2023-08-11 | 2023-08-11 | 具备复合势垒结构的深紫外发光二极管及其外延生长方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117153966A (zh) |
-
2023
- 2023-08-11 CN CN202311015183.XA patent/CN117153966A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2012195616A (ja) | 発光素子 | |
| CN117410406B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN108550670B (zh) | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 | |
| CN112635626A (zh) | 一种半导体外延结构及其制作方法、led芯片 | |
| CN108565319B (zh) | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 | |
| CN116598396A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN113809211A (zh) | 一种具有隧穿结构的深紫外led及其制备方法 | |
| CN116014041B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116387433A (zh) | 一种深紫外发光二极管及其外延生长方法 | |
| CN116314499B (zh) | 有源垒层掺Mg的外延结构及制备方法和芯片 | |
| CN108831975B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN113594317B (zh) | 降低工作电压的紫外发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN210805811U (zh) | 一种抗静电外延结构 | |
| CN117153966A (zh) | 具备复合势垒结构的深紫外发光二极管及其外延生长方法 | |
| CN110635007A (zh) | 一种抗静电外延结构及其制备方法 | |
| KR100954729B1 (ko) | ＩｎＮ 양자섬 캡핑층을 구비한 질화물계 발광소자 | |
| CN116544326A (zh) | 一种深紫外发光二极管 | |
| CN116995169B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN117954544B (zh) | 一种可抗esd的深紫外发光二极管 | |
| CN117352611A (zh) | 深紫外发光二极管及其外延生长方法 | |
| CN117691019B (zh) | 一种P型GaN层发光二极管外延片及制备方法 | |
| CN117810332B (zh) | 氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN217009212U (zh) | Led芯片 | |
| CN112802936B (zh) | 一种复合型pAlGaN电极接触层、深紫外LED外延片及其制备方法 | |
| CN117637950A (zh) | 一种具备空穴供给结构的深紫外发光二极管 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |