[发明专利]一种紫外发光二极管外延结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种紫外发光二极管外延结构及其制作方法，所述外延结构包括依次设于衬底上的AlN层、缓冲层、N型AlGaN层、渐变层、有源层、阻挡层和P型AlGaN层。本发明通过缓冲层和渐变层来提升外延结构的晶体质量，提高发光效率。

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种紫外发光二极管外延结构及其制作方法。

背景技术

AlGaN半导体材料具有很宽的直接带隙，禁带宽度从3.4～6.2eV连续可调，使其光响应波段覆盖从近紫外(UVA)到深紫外(UVC)。相比于传统紫外光源，如汞灯和氙灯，紫外LED具有无汞污染、波长可控、体积小、耗电低、寿命长等优点，在高显色指数白光照明、防伪识别、紫外聚合物固化、杀菌消毒、医疗卫生、水与空气净化、高密度光学数据存贮等领域都有着广阔的应用前景和巨大的市场需求。

相较于成熟的GaN基蓝光外延结构，紫外发光二极管外延结构的发光效率普遍偏低，且发光效率随波长的减小急剧下降。如何制备结晶质量好、发光功率高的紫外发光二极管外延结构，是当前急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种紫外发光二极管外延结构，晶体质量好，发光效率高。

本发明还提供了一种紫外发光二极管外延结构的制作方法，工艺简单，成本低，便于大规模生产。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种紫外发光二极管外延结构，包括依次设于衬底上的AlN层、缓冲层、N型AlGaN层、渐变层、有源层、阻挡层和P型AlGaN层，

所述缓冲层由m个周期的AlN/AlGaN超晶格结构组成，m≥3，所述渐变层由n层N型AlGaN层组成，4≤n≤9，第1层和第n层的AlGaN层的Al含量相同；

若n为单数，则第1层到第(n+1)/2层的AlGaN层的Al含量逐渐减少，第(n+1)/2层到第n层的AlGaN层的Al含量逐渐增加；

若n为双数，则第1层到第n/2层的AlGaN层的Al含量逐渐减少，第n/2层到第n层的AlGaN层的Al含量逐渐增加。

作为上述方案的改进，所述渐变层由n层N型AlGaN层组成，第1层和第n层的x＝0.5～0.6，第2层至第(n-1)层的x＝0.2～0.4。

作为上述方案的改进，所述缓冲层由m个周期的AlN/Al_uGa_1-uN超晶格结构组成，u＜0.8；每个AlN/Al_uGa_1-uN超晶格结构的厚度为2～10nm；所述缓冲层的厚度为200～400nm。

作为上述方案的改进，所述有源层由5～9个周期的量子阱结构组成，所述量子阱结构包括Al_xGa_1-xN阱层和Al_yGa_1-yN垒层，0＜x＜0.3，y比x大40％以上。

作为上述方案的改进，所述阻挡层为P型Al_wGa_1-wN层，w比x大20％以上。

相应地，本发明还提供了一种紫外发光二极管外延结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、在衬底上形成AlN层；

二、在AlN层上形成缓冲层，所述缓冲层由m个周期的AlN/AlGaN超晶格结构组成；

三、在缓冲层上形成N型AlGaN层；

四、在N型AlGaN层上形成渐变层，所述渐变层由n层N型AlGaN层组成，4≤n≤9；

五、在渐变层上依次形成有源层、阻挡层和P型AlGaN层。