CN217507373U - 紫外发光二极管外延结构、紫外发光二极管及电子设备 - Google Patents
紫外发光二极管外延结构、紫外发光二极管及电子设备 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型实施例提供一种紫外发光二极管外延结构、紫外发光二极管及电子设备。该外延结构包括自下至上依次生长的衬底、第一AlN层、多周期复合式调控层、n型AlxGa1‑xN接触层、多量子阱发光层、p型AlyGa1‑yN阻挡层和p型GaN层，多周期复合式调控层包括多个自下至上依次生长的周期结构，每个周期结构均包括自下至上依次生长的第二AlN层、AlmGa1‑mN层、AlnGa1‑nN层和AlkGa1‑kN层。本实用新型通过在第一AlN层和n型AlxGa1‑xN接触层之间生长多周期复合式调控层，减少第一AlN层和n型AlxGa1‑xN接触层之间的晶格失配，调控紫外发光二极管外延片的翘曲，过滤第一AlN层向上延伸的位错，减小n型AlxGa1‑xN接触层的压应力，改善晶体质量，提升器件的发光效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种紫外发光二极管外延结构、紫外发光二极管及电子设备。
背景技术
氮化物材料的紫外发光二极管与传统紫外光源汞灯相比，具有低电压、波长可调、绿色环保等优点。其主要在杀菌消毒、医疗、生化探测等领域有着广泛的应用前景。
目前，紫外LED外延生长技术还不够成熟，外延结构生长中还存在大失配、低量子效率、掺杂激活效率低和极化控制等关键科学问题。在紫外LED外延结构中，由于AlN层与n型AlGaN接触层间存在晶格失配，在AlN层和n型AlGaN层界面处将产生新的位错，同时n型AlGaN层内产生极大的压应力，导致外延片翘曲度大，进而影响器件的发光效率、波长均匀性和光电特性均匀性。
实用新型内容
针对上述的问题，本实用新型提供一种紫外发光二极管外延结构、紫外发光二极管及电子设备。
本实用新型实施例第一方面提供一种紫外发光二极管外延结构，包括自下至上依次生长的衬底、第一AlN层、多周期复合式调控层、n型 AlxGa1-xN接触层、多量子阱发光层、p型AlyGa1-yN阻挡层和p型GaN层，所述多周期复合式调控层包括多个自下至上依次生长的周期结构，每个所述周期结构均包括自下至上依次生长的第二AlN层、AlmGa1-mN层、AlnGa1-nN层和AlkGa1-kN层，其中，所述n型AlxGa1-xN接触层、AlmGa1-mN 层、AlnGa1-nN层和AlkGa1-kN层中的Al组分不同。
优选地，所述n型AlxGa1-xN接触层、AlmGa1-mN层、AlnGa1-nN层和 AlkGa1-kN层中的Al组分为：0＜n＜x＜k＜m＜1。
优选地，所述周期结构中，第二AlN层的厚度≤AlmGa1-mN层的厚度＜AlnGa1-nN层的厚度＜AlkGa1-kN层的厚度。
优选地，所述周期结构的个数为2个至100个。
优选地，所述多周期复合式调控层的生长温度为1000℃至1250℃。
优选地，所述多周期复合式调控层的生长压力为30torr至150torr。
优选地，所述n型AlxGa1-xN接触层中，0.4≤x≤1。
优选地，所述p型AlyGa1-yN阻挡层中，0.5≤y≤1。
本实用新型实施例第二方面提供一种紫外发光二极管，所述紫外发光二极管包括本实用新型实施例第一方面所述的紫外发光二极管外延结构。
本实用新型实施例第三方面提供一种电子设备，所述电子设备包括本实用新型实施例第二方面所述的紫外发光二极管。
本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本实用新型所提出的紫外发光二极管外延结构，通过在第一AlN层和 n型AlxGa1- xN接触层之间生长多周期复合式调控层，用以减少第一AlN 层和n型AlxGa1-xN接触层之间的晶格失配，调控紫外发光二极管外延片的翘曲，过滤第一AlN层向上延伸的位错，减小n型AlxGa1-xN接触层的压应力，改善晶体质量，进而提升器件的发光效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。在附图中：
图1为本实用新型实施例1所述的紫外发光二极管外延结构的结构示意图；
图2为本实用新型实施例1所述的多周期复合式调控层的结构示意图；
图3为本实用新型实施例1所述的多周期复合式调控层的截面TEM 图；
图4为本实用新型实施例1所述的多周期复合式调控层的SIMS图；
图5为本实用新型实施例1中不含多周期复合式调控层的外延结构的截面TEM图；
图6为本实用新型实施例1中包含多周期复合式调控层的外延结构的截面TEM图；
附图标记说明，
1、衬底，2、第一AlN层，3、多周期复合式调控层，4、n型AlxGa1-xN 接触层，5、多量子阱发光层，6、p型AlyGa1-yN阻挡层，7、p型GaN层；
301、第二AlN层，302、AlmGa1-mN层，303、AlnGa1-nN层，304、 AlkGa1-kN层。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1
如图1所示，本实施例提出了一种紫外发光二极管外延结构，该外延结构包括自下至上依次生长的衬底1、第一AlN层2、多周期复合式调控层3、n型AlxGa1-xN接触层4、多量子阱发光层5、p型AlyGa1-yN阻挡层 6和p型GaN层7。
具体的，本实施例中，多周期复合式调控层3位于AlN层和n型 AlxGa1-xN接触层4之间。多周期复合式调控层3包含有多个周期结构。该多个周期结构同样为自下至上依次生长。每个周期结构均包括自下至上依次生长的第二AlN层301、AlmGa1-mN层302、AlnGa1-nN层303和AlkGa1-kN 层304，如图2和图3所示。其中，周期结构的个数不超过100个。每个周期结构中各层之间的Al组分以及厚度也不相同。Al组分表示为0＜n＜ x＜k＜m＜1。各层的厚度关系为第二AlN层301的厚度≤AlmGa1-mN层 302的厚度＜AlnGa1-nN层303的厚度＜AlkGa1-kN层304的厚度。
进一步的，本实施例中，多周期复合式调控层3的生长温度为1000℃至1250℃，生长压力为30torr至150torr。在多周期复合式调控层3外延生长过程中，维持TMAl的流量保持恒定，并通过调整TMGa源的流量控制多周期复合式调控层3周期结构中各层的Al组分，以实现各层Al组分关系满足0＜n＜x＜k＜m＜1。如图4所示可以看出，Ga元素的强度随着外延生长过程中TMGa源的流量的调控而发生周期性变化。
图5所示为不含多周期复合式调控层3的外延结构的截面TEM图，可以看出，图中n型AlxGa1-xN接触层4中存在大量从下方第一AlN层2 中向上延伸的位错线。同时，在第一AlN层2和n型AlxGa1-xN接触层4 之间的接触位置，存在较多由于晶格失配大而产生的失配位错。作为对比，图6所示为本实施例所提出的包含有多周期复合式调控层3的外延结构的截面TEM图，可以明显看出，图6中n型AlxGa1-xN接触层4的位错较图 5中n型AlxGa1-xN接触层4的位错少。因此，通过在第一AlN层2和n 型AlxGa1-xN接触层4之间生长多周期复合式调控层3，可以有效减少第一 AlN层2和n型AlxGa1-xN接触层4之间的晶格失配，减小n型AlxGa1-xN 接触层4的压应力，可以过滤第一AlN层2向上延伸的位错，最终改善晶体质量。
实施例2
本实施例提出了一种紫外发光二极管，该紫外发光二极管包括实施例 1所述的紫外发光二极管外延结构，该紫外发光二极管外延结构可参照实施例1所记载的内容，本实施例不再进行赘述。
实施例3
本实施例提出了一种电子设备，该电子设备包括紫外发光二极管。具体可见实施例1和实施例2所记载的内容，本实施例不再进行赘述。
以上描述了本实用新型的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (9)
1.一种紫外发光二极管外延结构，其特征在于，包括自下至上依次生长的衬底、第一AlN层、多周期复合式调控层、n型AlxGa1-xN接触层、多量子阱发光层、p型AlyGa1-yN阻挡层和p型GaN层，所述多周期复合式调控层包括多个自下至上依次生长的周期结构，每个所述周期结构均包括自下至上依次生长的第二AlN层、AlmGa1-mN层、AlnGa1-nN层和AlkGa1-kN层。
2.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构，其特征在于，所述周期结构中，第二AlN层的厚度≤AlmGa1-mN层的厚度＜AlnGa1-nN层的厚度＜AlkGa1-kN层的厚度。
3.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构，其特征在于，所述周期结构的个数为2个至100个。
4.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构，其特征在于，所述多周期复合式调控层的生长温度为1000℃至1250℃。
5.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构，其特征在于，所述多周期复合式调控层的生长压力为30torr至150torr。
6.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构，其特征在于，所述n型AlxGa1-xN接触层中，0.4≤x≤1。
7.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构，其特征在于，所述p型AlyGa1-yN阻挡层中，0.5≤y≤1。
8.一种紫外发光二极管，其特征在于，所述紫外发光二极管包括权利要求1至7任一项所述的紫外发光二极管外延结构。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求8所述的紫外发光二极管。
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