一种UVLED外延结构及其生长方法与流程

一种uv led外延结构及其生长方法
技术领域
1.本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种uv led外延结构及其生长方法。


背景技术：

2.随着led技术不断发展，led的发光波长已经由可见光波段拓展到紫外波段，紫外波段波长为100～400nm，根据波长的不同，一般把紫外线分为a、b、c三个波段：uva为400～315nm，uvb为315～280nm，uvc为280～100nm。其中uva主要用于紫外固化和uv喷墨打印，uvb以医疗为主，uvc则是杀菌消毒。uv led作为一种新型的紫外光源，具有能耗低、体积小、集成性好、寿命长、环保无毒等优点，是当前iii-族氮化物半导体最有发展潜力的领域和产业之一。虽然uv led应用前景广泛，但与蓝光相比，其发光效率较低，制约着其进一步应用。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种uv led外延结构的生长方法，其能提高led外延片的晶体质量，降低缺陷导致的非辐射复合，提高了电子和空穴的复合几率，提升了内量子效率，极大提高了发光效率。
4.本发明的目的之二在于提供一种uv led外延结构。
5.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
6.一种uv led外延结构的生长方法，包括：在衬底上依次生长缓冲层、非故意掺杂层、n型掺杂层、多量子阱发光层、ebl层和p型algan层；
7.所述缓冲层包括依次叠加的第一aln层、第二aln层、第三aln层和第四aln层，其生长方法为：
8.1)衬底上生长第一aln层，所述第一aln层的生长温度为800～900℃，压力为50-100torr，tmal流量为100-200sccm，nh3流量为2-10slm；
9.2)在所述第一aln层上生长第二aln层，所述第二aln层的生长温度为1000～1100℃，压力为50-100torr，tmal流量为200-300sccm，nh3流量为1-8slm；
10.3)在所述第二aln层上生长第三aln层，所述第三aln层的生长温度为900～1000℃，压力为50-100torr，tmal流量为200-300sccm，nh3流量为1-8slm；
11.4)在所述第三aln层上生长第四aln层，所述第四aln层的生长温度为1000～1100℃，压力为50-100tor，tmal流量为250-350sccm，nh3流量为1-8slm。
12.进一步地，步骤2)中，生长第二aln层的nh3流量小于生长第一aln层的nh3流量；
13.步骤3)中，生长第三aln层的nh3流量小于生长第一aln层的nh3流量；
14.步骤4)中，生长第四aln层的nh3流量小于生长第二aln层和第三aln层的nh3流量；生长第四aln层的tmal流量大于生长第二aln层和第三aln层的tmal流量。
15.进一步地，所述第一aln层的厚度为10-50nm；
16.所述第二aln层的厚度为20-80nm；
17.所述第三aln层的厚度为20-80nm；
18.所述第四aln层的厚度为150-300nm。
19.进一步地，所述第二aln层的厚度大于所述第一aln层的厚度；所述第三aln层的厚度大于所述第一aln层的厚度。
20.进一步地，所述非故意掺杂层为aln、algan和inalgan中的任一种或两种以上组合；所述非故意掺杂层的生长温度为1000～1400℃。
21.进一步地，所述n型掺杂层为aln、algan和inalgan中的任一种或两种以上组合；所述n型掺杂层的生长温度为1000～1400℃，所述n型掺杂层中si的掺杂浓度为1e18～3e19 atom/cm3。
22.进一步地，所述多量子阱发光层为(al
x
ga
1-x
n/alyga
1-y
n)n，其中，x为0.2～0.4，y为0.3～0.6，n为5～10；所述多量子阱发光层的生长温度为900～1100℃。
23.进一步地，所述ebl层为p-algan、p-alingan和p-aln中的任一种或两种以上组合，所述ebl层中mg掺杂浓度为5e18～3.5e19 atom/cm3；
24.所述p型algan层中mg掺杂浓度可以为5e18～1e20 atom/cm3；
25.所述衬底为蓝宝石、硅和碳化硅中的任一种。
26.进一步地，所述非故意掺杂层的厚度为2.0～4.0μm；
27.所述n型掺杂层的厚度为1～4μm；
28.所述多量子阱发光层中，势阱al
x
ga
1-x
n的厚度为2～4nm，势垒alyga
1-y
n的厚度为3～10nm；
29.所述ebl层的厚度为30～80nm；
30.所述p型algan层的厚度为30～150nm。
31.本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
32.一种uv led外延结构，由所述的uv led外延结构的生长方法制成。
33.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
34.本发明的一种uv led外延结构的生长方法，生长的缓冲层包括依次叠加的第一aln层、第二aln层、第三aln层和第四aln层，得到了晶体质量和表面都很好的缓冲层，此缓冲层能提高led外延片的晶体质量，降低缺陷导致的非辐射复合，提高了电子和空穴的复合几率，提升了内量子效率，极大提高了发光效率。
35.本发明的一种uv led外延结构，其晶体质量好，发光效率高。
附图说明
36.图1是本发明的一种uv led外延结构的结构示意图。
37.其中，1、衬底；2、缓冲层；3、非故意掺杂层；4、n型掺杂层；5、多量子阱发光层；51、势阱；52、势垒；6、ebl层；7、p型algan层。
具体实施方式
38.下面，结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
39.实施例1
40.一种uv led外延结构，如图1所示，包括：在衬底1上依次生长缓冲层2、非故意掺杂层3、n型掺杂层4、多量子阱发光层5、ebl层6和p型algan层7。
41.进一步地，所述衬底1为蓝宝石；
42.所述缓冲层2包括依次叠加的第一aln层、第二aln层、第三aln层和第四aln层；
43.所述非故意掺杂层3为aln。
44.所述n型掺杂层4为algan；
45.所述多量子阱发光层5为(al
x
ga
1-x
n/alyga
1-y
n)n，其中，x为0.2，y为0.3，n为5；
46.所述ebl层6为p-algan阻挡层。
47.所述uv led外延结构其生长方法为：
48.1、制备生长缓冲层2：
49.1)衬底1上生长第一aln层，所述第一aln层的生长温度为800℃，压力为50torr，tmal流量为100sccm，nh3流量为3slm；所述第一aln层的厚度为10-20nm；
50.2)在所述第一aln层上生长第二aln层，所述第二aln层的生长温度为1000℃，压力为50torr，tmal流量为200sccm，nh3流量为2slm；所述第二aln层的厚度为30-40nm；
51.3)在所述第二aln层上生长第三aln层，所述第三aln层的生长温度为900℃，压力为50torr，tmal流量为200sccm，nh3流量为2slm；所述第三aln层的厚度为30-40nm；
52.4)在所述第三aln层上生长第四aln层，所述第四aln层的生长温度为1000℃，压力为50tor，tmal流量为250sccm，nh3流量为1slm；所述第四aln层的厚度为150-200nm。
53.2、生长非故意掺杂层3和n型掺杂层4：
54.所述非故意掺杂层3为aln，且其材料的吸收波长小于uv ll ed的波长；所述非故意掺杂层3的生长温度为1000℃，得到的非故意掺杂层3的厚度为2.0～3μm。
55.所述n型掺杂层4为algan，且其材料的吸收波长小于uv led的波长；所述n型掺杂层4的生长温度为1000℃，所述n型掺杂层4中si的掺杂浓度为1e18～3e19 atom/cm3；所述n型掺杂层4的厚度为1～2μm。
56.3、生长多量子阱发光层5：
57.进一步地，所述多量子阱发光层5为(al
x
ga
1-x
n/alyga
1-y
n)n，生长温度为900～1100℃；
58.所述多量子阱发光层5由多周期依次叠加的多量子阱结构组成，所述多量子阱结构包括相互连接的势阱51(al
x
ga
1-x
n)和势垒52(alyga
1-y
n)；
59.多量子阱结构中，势阱51总厚度为2～4nm，势垒52总厚度为3～10nm；所述多量子阱发光层5中，周期n为5。
60.4、生长ebl层6：
61.所述ebl层6为p-algan阻挡层，所述ebl层6中mg掺杂浓度为5e18～3.5e19 atom/cm3，所述ebl层6的厚度为30～80nm。
62.5、生长p型algan层7：
63.所述p型algan层7中mg掺杂浓度可以为5e18～1e20 atom/cm3；厚度为30～150nm。
64.本发明的一种uv led外延结构，能提高led外延片的晶体质量，降低缺陷导致的非辐射复合，提高了电子和空穴的复合几率，提升了内量子效率，极大提高了发光效率。
65.实施例2
66.一种uv led外延结构，如图1所示，包括：在衬底1上依次生长缓冲层2、非故意掺杂层3、n型掺杂层4、多量子阱发光层5、ebl层6和p型algan层7。
67.进一步地，所述衬底1为硅衬底1；
68.所述缓冲层2包括依次叠加的第一aln层、第二aln层、第三aln层和第四aln层；
69.所述非故意掺杂层3为algan；
70.所述n型掺杂层4为inalgan；
71.所述多量子阱发光层5为(al
x
ga
1-x
n/alyga
1-y
n)n，其中，x为0.3，y为0.5，n为8；
72.所述ebl层6为p-alingan阻挡层。
73.所述uv led外延结构其生长方法为：
74.1、制备生长缓冲层2：
75.1)衬底1上生长第一aln层，所述第一aln层的生长温度为850℃，压力为75torr，tmal流量为150sccm，nh3流量为6slm；所述第一aln层的厚度为20-30nm；
76.2)在所述第一aln层上生长第二aln层，所述第二aln层的生长温度为1050℃，压力为70torr，tmal流量为250sccm，nh3流量为4slm；所述第二aln层的厚度为40-50nm；
77.3)在所述第二aln层上生长第三aln层，所述第三aln层的生长温度为950℃，压力为70torr，tmal流量为250sccm，nh3流量为4slm；所述第三aln层的厚度为40-50nm；
78.4)在所述第三aln层上生长第四aln层，所述第四aln层的生长温度为1050℃，压力为50-100tor，tmal流量为300sccm，nh3流量为2slm；所述第四aln层的厚度为200-300nm。
79.2、生长非故意掺杂层3和n型掺杂层4：
80.所述非故意掺杂层3为algan，且其材料的吸收波长小于uv led的波长；所述非故意掺杂层3的生长温度为1200℃，得到的非故意掺杂层3的厚度为3.0～4.0μm。
81.所述n型掺杂层4为inalgan，且其材料的吸收波长小于uv led的波长；所述n型掺杂层4的生长温度为1200℃，所述n型掺杂层4中si的掺杂浓度为1e18～3e19 atom/cm3；所述n型掺杂层4的厚度为2～3μm。
82.3、生长多量子阱发光层5：
83.进一步地，所述多量子阱发光层5为(al
x
ga
1-x
n/alyga
1-y
n)n，生长温度为900～1100℃；
84.所述多量子阱发光层5由多周期依次叠加的多量子阱结构组成，所述多量子阱结构包括相互连接的势阱51(al
x
ga
1-x
n)和势垒52(alyga
1-y
n)；
85.多量子阱结构中，势阱51总厚度为2～4nm，势垒52总厚度为3～10nm；所述多量子阱发光层5中，周期n为8。
86.4、生长ebl层6：
87.所述ebl层6为p-alingan阻挡层，所述ebl层6中mg掺杂浓度为5e18～3.5e19 atom/cm3，所述ebl层6的厚度为30～80nm。
88.5、生长p型algan层7：
89.所述p型algan层7中mg掺杂浓度可以为5e18～1e20 atom/cm3；厚度为30～150nm。
90.本发明的一种uv led外延结构，能提高led外延片的晶体质量，降低缺陷导致的非辐射复合，提高了电子和空穴的复合几率，提升了内量子效率，极大提高了发光效率。
91.实施例3
92.一种uv led外延结构，如图1所示，包括：在衬底1上依次生长缓冲层2、非故意掺杂层3、n型掺杂层4、多量子阱发光层5、ebl层6和p型algan层7。
93.进一步地，所述衬底1为碳化硅；
94.所述缓冲层2包括依次叠加的第一aln层、第二aln层、第三aln层和第四aln层；
95.所述非故意掺杂层3为inalgan；
96.所述n型掺杂层4为inalgan；
97.所述多量子阱发光层5为(al
x
ga
1-x
n/alyga
1-y
n)n，其中，x为0.4，y为0.6，n为10；
98.所述ebl层6为p-aln阻挡层。
99.所述uv led外延结构其生长方法为：
100.1、制备生长缓冲层2：
101.1)衬底1上生长第一aln层，所述第一aln层的生长温度为900℃，压力为100torr，tmal流量为200sccm，nh3流量为10slm；所述第一aln层的厚度为40-50nm；
102.2)在所述第一aln层上生长第二aln层，所述第二aln层的生长温度为1100℃，压力为100torr，tmal流量为300sccm，nh3流量为8slm；所述第二aln层的厚度为70-80nm；
103.3)在所述第二aln层上生长第三aln层，所述第三aln层的生长温度为1000℃，压力为100torr，tmal流量为300sccm，nh3流量为8slm；所述第三aln层的厚度为70-80nm；
104.4)在所述第三aln层上生长第四aln层，所述第四aln层的生长温度为1100℃，压力为100tor，tmal流量为350sccm，nh3流量为6slm；所述第四aln层的厚度为200-300nm。
105.2、生长非故意掺杂层3和n型掺杂层4：
106.所述非故意掺杂层3为inalgan，且其材料的吸收波长小于uv led的波长；所述非故意掺杂层3的生长温度为1400℃，得到的非故意掺杂层3的厚度为3.0～4.0μm。
107.所述n型掺杂层4为inalgan，且其材料的吸收波长小于uv led的波长；所述n型掺杂层4的生长温度为1400℃，所述n型掺杂层4中si的掺杂浓度为1e18～3e19 atom/cm3；所述n型掺杂层4的厚度为3～4μm。
108.3、生长多量子阱发光层5：
109.进一步地，所述多量子阱发光层5为(al
x
ga
1-x
n/alyga
1-y
n)n，生长温度为900～1100℃；
110.所述多量子阱发光层5由多周期依次叠加的多量子阱结构组成，所述多量子阱结构包括相互连接的势阱51(al
x
ga
1-x
n)和势垒52(alyga
1-y
n)；
111.多量子阱结构中，势阱51al
x
ga
1-x
n，总厚度为3～4nm，势垒52总厚度为5～10nm；所述多量子阱发光层5中，周期n为10。
112.4、生长ebl层6：
113.所述ebl层6为p-aln阻挡层，所述ebl层6中mg掺杂浓度为5e18～3.5e19atom/cm3，所述ebl层6的厚度为50～80nm。
114.5、生长p型algan层7：
115.所述p型algan层7中mg掺杂浓度可以为5e18～1e20 atom/cm3；厚度为30～150nm。
116.本发明的一种uv led外延结构，能提高led外延片的晶体质量，降低缺陷导致的非辐射复合，提高了电子和空穴的复合几率，提升了内量子效率，极大提高了发光效率。
117.实施例4
118.一种uv led外延结构，如图1所示，包括：在衬底1上依次生长缓冲层2、非故意掺杂层3、n型掺杂层4、多量子阱发光层5、ebl层6和p型algan层7。
119.进一步地，所述衬底1为硅衬底1；
120.所述缓冲层2包括依次叠加的第一aln层、第二aln层、第三aln层和第四aln层；
121.所述非故意掺杂层3为aln-algan复合层；
122.所述n型掺杂层4为algan超晶格层；
123.所述多量子阱发光层5为(al
x
ga
1-x
n/alyga
1-y
n)n，其中，x为0.3，y为0.5，n为7；
124.所述ebl层6为p型aln-algan复合阻挡层。
125.所述uv led外延结构其生长方法为：
126.1、制备生长缓冲层2：
127.1)衬底1上生长第一aln层，所述第一aln层的生长温度为850℃，压力为70torr，tmal流量为150sccm，nh3流量为6slm；所述第一aln层的厚度为30-40nm；
128.2)在所述第一aln层上生长第二aln层，所述第二aln层的生长温度为1050℃，压力为70torr，tmal流量为250sccm，nh3流量为5slm；所述第二aln层的厚度为40-50nm；
129.3)在所述第二aln层上生长第三aln层，所述第三aln层的生长温度为950℃，压力为70torr，tmal流量为240ccm，nh3流量为4slm；所述第三aln层的厚度为50-60nm；
130.4)在所述第三aln层上生长第四aln层，所述第四aln层的生长温度为1050℃，压力为70tor，tmal流量为280sccm，nh3流量为3slm；所述第四aln层的厚度为200-300nm。
131.2、生长非故意掺杂层3和n型掺杂层4：
132.所述非故意掺杂层3为堆叠的aln-algan复合层，且其材料的吸收波长小于uv led的波长；所述非故意掺杂层3的生长温度为1300℃，得到的非故意掺杂层3的厚度为2.5～3.5μm。
133.所述n型掺杂层4为algan超晶格层，且其材料的吸收波长小于uv led的波长；所述n型掺杂层4的生长温度为1300℃，所述n型掺杂层4中si的掺杂浓度为1e18～3e19 atom/cm3；所述n型掺杂层4的厚度为2～3μm。
134.3、生长多量子阱发光层5：
135.进一步地，所述多量子阱发光层5为(al
x
ga
1-x
n/alyga
1-y
n)n，生长温度为900～1100℃；
136.所述多量子阱发光层5由多周期依次叠加的多量子阱结构组成，所述多量子阱结构包括相互连接的势阱51(al
x
ga
1-x
n)和势垒52(alyga
1-y
n)；
137.多量子阱结构中，势阱51总厚度为2～4nm，势垒52总厚度为5～10nm；所述多量子阱发光层5中，周期n为7。
138.4、生长ebl层6：
139.所述ebl层6为p型aln-algan复合阻挡层，所述ebl层6中mg掺杂浓度为5e18～3.5e19 atom/cm3，所述ebl层6的厚度为50～80nm。
140.5、生长p型algan层7：
141.所述p型algan层7中mg掺杂浓度可以为5e18～1e20 atom/cm3；厚度为60～100nm。
142.本发明的一种uv led外延结构，能提高led外延片的晶体质量，降低缺陷导致的非辐射复合，提高了电子和空穴的复合几率，提升了内量子效率，极大提高了发光效率。
143.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。