[发明专利]紫光LED外延结构及其生长方法

说明书

本发明提供一种紫光LED外延结构，该外延结构由下向上的顺序依次为：AlN Buffer层、高温UGaN层、复合N型GaN层、多量子阱结构MQW、有源区发光多量子阱层、EBL电子阻挡层和P型GaN层；有源区发光多量子阱层由n层In_xGa_1‑xN/Al_yGa_1‑yN多量子阱组成；每层In_xGa_1‑xN/Al_yGa_1‑yN多量子阱由主势垒和嵌套在所述主势垒中间的活动势垒组成；主势垒由Al_yGa_1‑yN组成，主势垒高度随Al组分增加梯度增加；活动势垒由GaN组成，每层活动势垒的厚度在1‑20nm之间。本发明的紫光LED外延结构及其生长方法降低了量子阱中的应力，提高了空穴的注入效率，并抑制有源层电子的溢出，提高了载流子的复合几率和紫外LED的内量子效率。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种可以有效提高紫光LED的内量子效率的紫光LED外延结构及其生长方法。

背景技术

基于三族氮化物(III-nitride)宽禁带半导体材料的紫外发光二极管(Ultraviolet Light-Emitting Diode)，在医疗设备、杀菌消毒、环保、军事侦察、辨别真假、荧光分析、聚合物固化、紫外光通讯、以及普通照明等领域具有广阔的应用前景。

GaN基紫外LED具有体积小、寿命长、环保和低压供电等优点，在应用于普通照明和新一代紫外光源方面具有广阔的应用前景，成为继蓝光LED之后新的研究热点。近紫外是指波段在360-400nm的UVA，目前广泛应用于固化、曝光等领域。目前该波段的紫外LED的发光效率仍然较低，一般采用芯片芯片密排和近距离光照方式才能基本满足工业上的功率需求；从成本和曝光效果方面，紫外LED仍然不能完全替代传统紫外光源。因此提高紫外光LED的发光亮度仍非常必要。

在UV-LED的有源区结构中，量子阱为InGaN材料而量子垒为AlGaN材料，导致在量子阱内因阱和垒的晶格常数差异较大，导致有源层内存在较大的压应力，形成较强的极化电场。量子阱区域形成的强极化电场，会导致能带弯曲，电子和空穴函数的空间分离辐射复合效率低，进而降低紫外LED的内量子效率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种紫光LED外延结构及其生长方法，用于解决现有技术中量子阱应力大、空穴注入效率低、有源层电子溢出、载流子复合几率以及紫外LED的内量子效率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下方案：一种紫光LED外延结构，所述外延结构由下向上的顺序依次为：AlN Buffer层；位于所述ALN Buffer层上的高温UGaN层；位于所述UGaN层上的复合N型GaN层；位于所述复合N型层上的多量子阱结构MQW；位于所述多量子阱结构MQW上的有源区发光多量子阱层；位于所述有源区发光多量子阱层上的EBL电子阻挡层；位于所述EBL电子阻挡层上的P型GaN层；所述有源区发光多量子阱层由n层In_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱组成，其中n为整数，取值范围为8-12；每层所述In_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱由主势垒和嵌套在所述主势垒中间的活动势垒组成，所述主势垒与所述活动势垒交替生长；所述主势垒由Al_yGa_1-yN组成，所述主势垒高度随Al组分增加梯度增加，其中，y取值范围为0.05-0.5；所述活动势垒由GaN组成，其中，每层所述活动势垒的厚度在1-20nm之间。