[发明专利]一种深紫外LED外延结构及其制备方法

说明书

本发明涉及半导体结构技术领域，尤其涉及一种深紫外LED外延结构及其制备方法。本发明提供了一种深紫外LED外延结构，包括由下自上依次层叠设置的衬底、缓冲层、AlN本征层、应力调控层、电子注入层、电流扩散层、多量子阱有源层、复合电子阻挡层、空穴注入层和P型接触层；所述复合电子阻挡层包括由下自上依次层叠设置的第一AlGaN主体结构层、吸收层和第二AlGaN主体结构层。本发明所述深紫外LED外延结构具有较高的光电转化效率和老化寿命。

技术领域

本发明涉及半导体结构技术领域，尤其涉及一种深紫外LED外延结构及其制备方法。

背景技术

目前，Ⅲ族氮化物作为宽禁带半导体材料中的杰出代表，已经实现了高效的蓝绿光发光二极管(LED)、激光器等固态光源器件，其在平板显示、白光照明等应用方面取得了巨大的成功。近十年来，人们期望将这种高效的发光材料应用于紫外波段，以满足日益增长的紫外光源需求。紫外波段根据其生物效应通常可分为：长波紫外(UVA，320～400nm)、中波紫外(UVB，280～320nm)、短波紫外(UVC，200～280nm)以及真空紫外(VUV，10～200nm)。紫外线虽然不能被人类眼睛所感知，但其应用却非常广泛。长波紫外光源在医学治疗、紫外固化、紫外光刻、信息存储、植物照明等领域有着巨大的应用前景；而中波紫外及短波紫外(统称深紫外)则在杀菌消毒、水净化、生化探测和非视距通信等方面有着不可替代的作用。目前，传统紫外光源主要是汞灯，具有体积大、功耗高、电压高和污染环境等缺点，不利于其在日常生活及特殊环境下的应用。因此，人们迫切希望研制出一种高效的半导体紫外光源器件以替代传统的汞灯。现有研究表明Ⅲ族氮化物中的AlGaN是制备半导体紫外光源器件的最佳候选材料。AlGaN基深紫外LED具有无毒环保、小巧便携、低功耗、低电压、易集成、寿命长、波长可调等诸多优势，有望在未来几年取得突破性进展以及广泛应用，并逐步取代传统紫外汞灯。

目前，限制深紫外LED运用最大的问题就是其光电转换效率低下(仅5％以下)，器件发热量高等问题。导致高Al组分AlGaN基深紫外LED效率偏低的一个主要原因是存在明显的电子溢流效应，来源于电子注入层的电子越过电子阻挡层至空穴注入层造成了空穴注入层非辐射复合光，从而降低了内量子效率，同时短波光子能量较高，易发生全反射而无法逃逸出结构，最终在结构内湮灭转化为热量。光电转换效率低、发热量高，又进一步的影响器件的光电转换效率和老化寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深紫外LED外延结构及其制备方法，所述深紫外LED外延结构具有较高的光电转化效率和老化寿命。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种深紫外LED外延结构，包括由下自上依次层叠设置的衬底、缓冲层、AlN本征层、应力调控层、电子注入层、电流扩散层、多量子阱有源层、复合电子阻挡层、空穴注入层和P型接触层；

所述复合电子阻挡层包括由下自上依次层叠设置的第一AlGaN主体结构层、吸收层和第二AlGaN主体结构层。

优选的，所述第一AlGaN主体结构层和第二AlGaN主体结构层中Al的原子百分含量独立的为45％～75％。

优选的，所述第一AlGaN主体结构层和第二AlGaN主体结构层独立的为单层AlGaN层或交替层叠设置的超晶格层。

优选的，所述第一AlGaN主体结构层和第二AlGaN主体结构层的厚度≥5nm。

优选的，所述吸收层包括由下到上依次交替层叠设置的InGaN吸收层和AlGaN吸收层。

优选的，所述交替层叠设置的周期数为1～3。

优选的，所述InGaN吸收层的厚度为1～5nm；

所述InGaN吸收层中In的原子百分含量为1％～10％。