CN209183567U - 具有双层布拉格反射层的深紫外led外延结构及器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有双层布拉格反射层的深紫外LED外延结构及器件，包括衬底；位于所述衬底上的半导体外延层，包括AlN层、N型AlGaN层、n型布拉格反射层、电流扩展层、量子阱有源层、电子阻挡层、P型布拉格反射层、P型GaN接触层；n型布拉格反射层为Al_xGa_1‑xN层与GaN层交替层叠组成的周期结构；P型布拉格反射层为Al_yGa_1‑yN层与GaN层交替层叠组成的周期结构。本实用新型使用N型布拉格反射层的同时，使用P型布拉格反射层来代替传统的P型GaN层作为P型注入层，反射量子阱有源区向P型GaN方向的出射光，量子阱有源区发出的深紫外光从侧面出射，提高深紫外LED器件的发光效率。

Description

具有双层布拉格反射层的深紫外LED外延结构及器件

技术领域

本实用新型涉及光电技术领域，尤其涉及具有双层布拉格反射层的深紫外 LED外延结构及器件。

背景技术

发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。

因为LED是一种将电能转换为光能的半导体器件。电光转换过程主要由三步骤构成，首先是电子和空穴的注入和传输到活性区，其次是电子和空穴在活性区的辐射复合发出光子，最后是光从器件表面出来。AlGaN材料施主、受主杂质离化能随Al组分的增加而增大，降低了载流子的浓度，尤其是P型高Al组分的AlGaN材料的空穴浓度极低，同时补偿中心和散射中心的增多造成其迁移率也降低，使得P型AlGaN材料的电导率极低，并无法与金属电极形成良好的欧姆接触，从而不得不采用P型GaN作为最顶上的电极接触层。但由于GaN会强烈吸收紫外线，使得从正面出光的效率很低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种具有双层布拉格反射层的深紫外LED外延结构及器件，通过使用双层布拉格反射层：使用N型布拉格反射层的同时，使用P型布拉格反射层来代替传统深紫外LED结构中的P 型GaN层作为P型注入层，反射量子阱有源区向P型GaN方向的出射光，量子阱有源区发出的深紫外光从侧面出射，以此提高器件的光萃取效率，最终提高深紫外LED器件的发光效率。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型的目的之一在于提供了一种具有双层布拉格反射层的深紫外 LED外延结构，包括：

衬底；

位于所述衬底上的半导体外延层，包括在所述衬底上依次设置的AlN层、 N型AlGaN层、n型布拉格反射层、电流扩展层、量子阱有源层、电子阻挡层、 P型布拉格反射层、P型GaN接触层；所述n型布拉格反射层为Al_xGa_1-xN层与 GaN层交替层叠组成的周期结构；所述P型布拉格反射层为Al_yGa_1-yN层与GaN 层交替层叠组成的周期结构。

本实用新型的目的之二在于提供了一种器件，包括所述的LED外延结构。

具体地，还包括P电极和N电极，所述P电极与P型GaN接触层欧姆接触连接，所述N电极与N型AlGaN层欧姆接触连接。

本实用新型具有的有益效果是：

本实用新型提供的一种具有双层布拉格反射层的深紫外LED外延结构及器件，通过使用双层布拉格反射层(N型布拉格反射层以及P型布拉格反射层)，使用N型布拉格反射层的同时，使用P型布拉格反射层来代替传统深紫外LED 结构中的P型GaN层作为P型注入层，反射量子阱有源区向P型GaN方向的出射光，量子阱有源区发出的深紫外光从侧面出射，以此提高器件的光萃取效率，最终提高深紫外LED器件的发光效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种具有双层布拉格反射层的深紫外LED 外延结构的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种器件的结构示意图；

所述图中，1-P型GaN接触层，2-P型布拉格反射层；3-电子阻挡层；4-量子阱有源层，5-电流扩展层；6-N型布拉格反射层；7-N型AlGaN层；8-AlN层； 9-衬底；10、P电极；11、N电极。

具体实施方式

一、一种具有双层布拉格反射层的深紫外LED外延结构

如图1所示，包括：

衬底9；

位于所述衬底9上的半导体外延层，包括AlN层8、N型AlGaN层7、N 型布拉格反射层6、电流扩展层5、量子阱有源层4、电子阻挡层3、P型布拉格反射层2、P型GaN接触层1；所述N型布拉格反射层6为Al_xGa_1-xN层与GaN 层交替层叠组成的周期结构；所述P型布拉格反射层2为Al_yGa_1-yN层与GaN层交替层叠组成的周期结构。

本实用新型使用N型布拉格反射层的同时，使用P型布拉格反射层来代替传统深紫外LED结构中的P型GaN层作为P型注入层，反射量子阱有源区向P 型GaN方向的出射光，量子阱有源区发出的深紫外光从侧面出射，以此提高器件的光萃取效率，最终提高深紫外LED器件的发光效率。

优选地，所述N型布拉格反射层为1-100个周期的Al_xGa_1-xN/GaN超晶格结构，Al_xGa_1-x层的组分为0％-100％，0％＜x＜100％，且Al_xGa_1-xN层的厚度为1-50nm， GaN层的厚度为1-50nm，超晶格结构使用Si作为n型掺杂剂。

优选地，所述P型布拉格反射层为1-100个周期的Al_yGa_1-yN/GaN超晶格结构，Al_yGa_1-yN层的组分为0％-100％，0％＜y＜100％，且Al_yGa_1-yN层的厚度为1-50 nm，GaN层的厚度为1-50nm，超晶格结构使用Mg作为P型掺杂剂。

优选地，所述多量子阱有源层为AlGaN多量子阱层、多量子垒层交替层叠组成的周期结构。所述周期数为1-20，所述多量子垒层的组分在20％-100％之间，所述AlGaN多量子阱层的组分在0％-80％之间。

二、具有双层布拉格反射层的深紫外LED外延结构的制备方法

外延材料生长步骤如下：

(1)在400℃～800℃下生长AlN低温缓冲层，其厚度为10nm～50nm；

(2)升温至1200℃～1400℃，生长AlN本征层，其厚度为500nm～4000nm；

(3)降温至800℃～1200℃，生长n型AlGaN层，其Al组分为20％～90％，厚度为500nm～4000nm；

(4)生长n型Al_xGa_1-xN/GaN布拉格反射层为1-100个周期的超晶格结构， Al_xGa_1-xN/GaN层的组分为0％-100％，厚度为1-50nm，GaN层的厚度为1-50nm，超晶格结构使用Si作为n型掺杂剂。其生长温度为800℃～1200℃；

(5)降温至700℃～1100℃，生长量子阱有源区，其势垒厚度为5nm～30nm， Al组分为20％～100％，势阱厚度为0.1nm～5nm，Al组分为0％～80％；

(6)降温至700℃～1100℃，生长电子阻挡层，其厚度为5nm～50nm，Al 组分为30％～100％；

(7)生长P型Al_xGa_1-xN/GaN布拉格反射层为1-100个周期的超晶格结构， Al_yGa_1-yN层的组分为0％-100％，厚度为1-50nm，GaN层的厚度为1-50nm，超晶格结构使用Mg作为P型掺杂剂。其生长温度为700℃～1100℃。

三、具有双层布拉格反射层的深紫外LED器件(如图2所示)

P型GaN接触层1上连接P电极10，N型AlGaN层7上连接N电极11。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有双层布拉格反射层的深紫外LED外延结构，其特征在于，所述LED外延结构包括：

衬底；

位于所述衬底上的半导体外延层，包括在所述衬底上依次设置的AlN层、N型AlGaN层、N型布拉格反射层、电流扩展层、量子阱有源层、电子阻挡层、P型布拉格反射层、P型GaN接触层；所述N型布拉格反射层为Al_xGa_1-xN层与GaN层交替层叠组成的周期结构；所述P型布拉格反射层为Al_yGa_1-yN层与GaN层交替层叠组成的周期结构。

2.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述n型布拉格反射层为1-100个周期的Al_xGa_1-xN/GaN超晶格结构，且Al_xGa_1-xN层的厚度为1-50nm，GaN层的厚度为1-50nm，超晶格结构使用Si作为n型掺杂剂。

3.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述P型布拉格反射层为1-100个周期的Al_xGa_1-xN/GaN超晶格结构，且Al_yGa_1-yN层的厚度为1-50nm，GaN层的厚度为1-50nm，超晶格结构使用Mg作为P型掺杂剂。

4.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述量子阱有源层为AlGaN多量子阱层、多量子垒层交替层叠组成的周期结构。

5.如权利要求4所述的LED外延结构，其特征在于，所述周期数为1-20。

6.一种器件，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述的具有双层布拉格反射层的深紫外LED外延结构。

7.如权利要求6所述的器件，其特征在于，还包括P电极和N电极，所述P电极与P型GaN接触层欧姆接触连接，所述N电极与N型AlGaN层欧姆接触连接。