[发明专利]一种AlGaN基深紫外发光二极管芯片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种AlGaN基深紫外发光二极管芯片及其制备方法，该芯片依次包括：蓝宝石衬底、AlN缓冲层、未掺杂AlGaN层、N型掺杂AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型掺杂GaN层以及接触层；其中，多量子阱层包括多个周期的量子阱结构，单个周期的量子阱结构包括AlxGa1‑xN阶层与AlyGa1‑yN垒层，其中，x、y为大于0的常数，并且在AlxGa1‑xN阶层与AlyGa1‑yN垒层之间设有InGaN层，以通过InGaN层调控单个周期的量子阱结构中AlGaN的应变状态。本发明能够解决现有技术中只能改善由内部全反射带来的光提取问题，无法从根本上解决深紫外LED量子阱发光区出射光的侧向传播问题。

技术领域

本发明涉及芯片技术领域，特别涉及一种AlGaN基深紫外发光二极管芯片及其制备方法。

背景技术

过去十年中，AlGaN材料因其在紫外光电器件中的巨大应用潜力而备受关注，紫外LED具有光子能量高、波长短、体积小、功耗低、寿命长、环境友好等特点，在高显色指数白光照明、高密度光学数据储存、传感器、平版印刷、空气净化环保等领域具有广泛的应用。

对于AlGaN基LED而言，其发光的效率通常由内量子效率、载流子输入效率和光提出效率三种效率来决定，目前来讲，影响AlGaN基LED的主要因素有高Al组分AlGaN材料外延困难、p型掺杂困难以及光偏振特性独特。

目前AlGaN基紫外LED内量子效率相对蓝绿光发光二极管偏低较多，AlGaN基紫外LED随着Al组分增大，由于AlGaN材料呈现独特的光学各向异性，导致有源区内发出的紫外光难以从传统的沿c轴方向生长的器件表面有效提取出来。此外，由于材料的发光主要取决于能带中导带底至价带顶附近的电子跃迁，能级的跃迁与介电常数有着密切的联系，当Al组分增大，使得带边发光偏振态由正向传播的TE模转变为侧向传播的TM模，进而严重制约了深紫外光的出射。

现有技术中，提高AlGaN基紫外LED的光提取效率研究主要集中于在衬底底部制作分布式布拉格反射镜、外延层表面制备光子晶体周期阵列、外延层中插入金属纳米点阵，利用表面等离子激元调控出射光场等，然而，这些方法只能改善由内部全反射带来的光提取问题，无法从根本上解决深紫外LED量子阱发光区出射光的侧向传播问题。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种AlGaN基深紫外发光二极管芯片及其制备方法，旨在解决背景技术中记载的技术问题。

本发明的一方面提供了一种AlGaN基深紫外发光二极管芯片，所述芯片依次包括：蓝宝石衬底，设于所述蓝宝石衬底之上的AlN缓冲层，设于所述AlN缓冲层之上的未掺杂AlGaN层、设于所述未掺杂AlGaN层之上的N型掺杂AlGaN层，设于所述N型掺杂AlGaN层之上的多量子阱层，设于所述多量子阱层之上的电子阻挡层、设于所述电子阻挡层之上的P型掺杂GaN层以及设于所述P型掺杂GaN层之上的接触层；

其中，所述多量子阱层包括多个周期的量子阱结构，单个周期的所述量子阱结构包括AlxGa1-xN阶层与AlyGa1-yN垒层，其中，x、y为大于0的常数，并且在所述AlxGa1-xN阶层与所述AlyGa1-yN垒层之间设有InGaN层，以通过所述InGaN层调控单个周期的所述量子阱结构中AlGaN的应变状态。

根据上述技术方案的一方面，所述多量子阱层包括5-12个周期的量子阱结构，每个周期的量子阱结构中，所述AlxGa1-xN阶层为阱层，所述AlyGa1-yN垒层为垒层，所述InGaN层为薄插入层。

根据上述技术方案的一方面，所述多量子阱层中单个周期内AlxGa1-xN阱层的厚度为3nm -5nm，生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为40Torr-80Torr，其中0x0.2。

根据上述技术方案的一方面，AlxGa1-xN阱层中x为0.1。