[发明专利]一种具有新型电子阻挡层的近紫外LED及其制备方法

摘要

本发明一种具有新型电子阻挡层的近紫外LED及其制备方法，其近紫外LED外延片结构包括：图形化蓝宝石衬底、低温GaN成核层、高温非掺杂GaN缓冲层、n型GaN层、InGaN/AlGaN多量子阱有源层、p型AlGaN/InGaN超晶格电子阻挡层、低温轻掺p型AlInGaN空穴扩展层，高温p型GaN层、p型InGaN接触层。其中电子阻挡层采用p型Al_y1Ga_1‑y1N/In_x1Ga_1‑x1N超晶格结构,且随着超晶格周期数增加，其InGaN厚度阶梯式减小、其Mg掺杂浓度阶梯式增加、空穴浓度增加。本发明，有效提高空穴注入效率，提高电子空穴复合发光效率，从而提高近紫外LED发光效率。

主权项

一种具有新型电子阻挡层的近紫外LED的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，在金属有机化合物气相外延反应室中，将图形化蓝宝石衬底（101），在氢气（H2）气氛、1080℃‑1100℃、反应室压力100torr下，处理5‑15分钟；然后降低温度，在500‑550℃、反应室压力600torr、H2气氛下，V/III摩尔比为100‑1500，三维生长20‑30 纳米厚的低温GaN成核层（102）；步骤二，在1000‑1100℃、反应室压力为200‑300torr、H2气氛下，V/III摩尔比为1000‑1300，生长1.5‑2微米厚的高温非掺杂GaN缓冲层（103）；步骤三，在1000‑1100℃、反应室压力为100‑200torr、H2气氛下，V/III摩尔比为1000‑1300，生长2‑4微米厚的n型GaN层（104）；其中，电子浓度为5×1018cm‑3；步骤四，在750‑850℃、氮气（N2）气氛下，V/III摩尔比为5000‑10000，反应室压力300torr,接着生长5‑10周期的InxGa1‑xN/AlyGa1‑yN多量子阱有源层（105）；其中，InxGa1‑xN阱层的厚度范围在2‑3nm，0<x≤0.1；AlyGa1‑yN垒层厚度为8nm‑25nm，0<y≤0.1；步骤五，在850℃‑950℃、N2气氛下，V/III摩尔比为5000‑10000、反应室压力100‑300torr,在有源层（105）上，生长4‑6个周期的p型Aly1Ga1‑y1N/Inx1Ga1‑x1N超晶格结构电子阻挡层（106），其Al组分y1大于有源层（105）的Al组分y，即0.01≤y≤y1≤0.2，而In组分x1小于有源层（105）的In组分x，即0<x1≤x≤0.1；其中，InGaN厚度随着超晶格周期数增加而阶梯式从4nm减少到1nm，p型Aly1Ga1‑y1N的厚度为2‑5nm；其Mg掺杂浓度随超晶格周期数的增加而增加，相应的空穴浓度为0.5‑2×1017cm‑3；步骤六，在730℃‑800℃、H2气氛下，V/III摩尔比为2000‑5000，反应室压力100torr,生长30nm‑100nm的低温p型AlInGaN空穴扩展层（107）；其中，空穴浓度为2×1017cm‑3；步骤七，在950℃‑1050℃、H2气氛下，V/III摩尔比为2000‑5000，反应室压力100torr,生长150nm‑250nm的高温p型GaN层（108）；其中，空穴浓度为5×1017cm‑3；步骤八，在650℃‑750℃、H2气氛下，V/III摩尔比为5000‑10000，反应室压力300torr,生长2nm‑4nm的p型InGaN接触层（109）；其Mg掺杂浓度为大于1018cm‑3；外延生长结束后，将反应室的温度降至700‑750℃，采用纯氮气气氛进行退火处理5‑20分钟,然后降至室温，结束生长。