[发明专利]一种UVB芯片的外延结构、UVB芯片

说明书

本发明涉及紫外发光二极管芯片技术领域，尤其涉及一种UVB芯片的外延结构、UVB芯片。本发明通过在高Al组分的Al_x1In_y1Ga_1‑x1‑y1N量子垒层和低铝组分的Al_x2In_y2Ga_1‑x2‑y2N量子阱层之间设置晶格应变层起到衔接过渡的作用，高效的解决了晶格常数差异大导致的应力大的问题；同时将所述晶格应变层中的Al含量介于x1和x2之间，使其不会形成Ga突然迁移过快导致的缺陷密度大的问题，进而提高了发光效率。

技术领域

本发明涉及紫外发光二极管芯片技术领域，尤其涉及一种UVB芯片的外延结构、UVB芯片。

背景技术

据中国医学会调查发现：我国缺钙人数高达9亿人，严重缺钙的达到2亿人，其中婴幼儿、孕产妇和老年人尤为突出。缺钙可以引起八大系统的一百多中疾病，其中骨质疏松最多。目前我国骨质疏松患者约有9000万人，跃居常见病、多发病的第7位。中国内地总患病率为12.4%，老年人中患病比例超过50%以上，其中骨折发生率接近1/3。因此，如何补钙成了一项关乎人类健康的重要事情。通常情况下，人体皮肤组织细胞中的7-脱氢胆固醇经UVB紫外线（波长：280~320nm）照射，经过肝脏中的25-羟化酶催化作用生成25-羟基维生素D3，再经过肾皮质中的1ɑ-羟化酶作用转变为1,25-二羟基维生素D3（活性形式），经血液转或淋巴液运到小肠和骨等靶器官中发挥作用。1,25-二氰基维生素D3具有调节钙磷代谢、骨转换和维持细胞内外钙浓度的作用。补钙的过程中，UVB紫外线起到了至关重要的作用。通常情况下，人们完全可以通过太阳照射获得UVB紫外线。不过，因为现在生活节奏太快，大部分人由于缺少室外活动而导致缺少太阳照射，进而导致缺钙。

同时，UVB紫外线在治疗皮肤炎方面也疗效显著，如过敏性皮炎以及湿疹在UVB紫外线的照射下能快速恢复，另外，UVB紫外线照射能够治疗白癜风，且是目前唯一有效的治疗方式。因此，人造UVB紫外线成了未来健康领域的重要一环，而人造紫外发光二极管芯片（UVB芯片）的研发和生产最近成了半导体领域的热门。

UVB芯片是指波长100~365nm之间的发光二极管，在固化、杀菌消毒、健康医疗、生化检测和保密通讯等领域有重大应用价值。与汞灯紫外光源相比，基于氮化铝镓（AlInGaN）材料的深紫外发光二极管具有坚固、节能、寿命长和无汞环保等优点。

目前，UVB芯片主要采用AlInGaN作为主要生长材料，利用CVD外延生长方法生长出所需要的发光结构。最基本的结构包含AlInGaN缓冲层、AlInGaN非掺层，n型AlInGaN层，AlInGaN量子阱层、AlInGaN电子阻挡层以及P型AlInGaN层。随着波长变短，AlInGaN量子阱层的Al组分越高。在上述基本结构中，为了保证材料的高质量以及紫外光的高透过率，AlInGaN缓冲层、AlInGaN非掺层、n型AlInGaN层都采用高Al组分的AlInGaN，且Al组分基本都是大于50%。而UVB发光波长为280~320nm，所以量子阱AlInGaN层的Al组份应该在20~30%。同时为了保证电子的阻挡效果，量子垒及电子阻挡层AlInGaN的Al组份都保持在50%以上，这势必导致量子阱AlInGaN层和其他AlInGaN层的Al组份差别很大，从而使得在量子发光层中层与层存在非常大的晶格常数差别。层与层之间晶格常数差别大导致一系列严重后果，层与层之间晶格常数差别大首先会导致材料体内会形成非常大的应力，此应力会导致量子斯塔克效应，使得内量子效率偏低。同时，层与层之间晶格常数差别过大会导致表面质量过差，形成粗糙表面，这也是影响效率的一个重要因素，且因此也很难加工成芯片。更有甚者，因为UVB量子阱的Al组份相对比较低，Ga组份相对较高，因生长过程中Al原子的迁移速率和Ga原子的迁移速率差别巨大，这会导致低Al组份UVB量子阱AlInGaN层和高Al组份UVB量子垒AlInGaN层在生长时出现明显差异。且因低Al组份UVB量子阱AlInGaN层生长过程中Ga原子的迁移过快，容易形成高密度的GaN六角缺陷，会导致材料内部缺陷密度急速增加，影响发光效率。

发明内容