本實用新型屬于半導體光電子領域，特別是采用復合電子阻擋層的深紫外LED外延結構。

背景技術：

基于高質量的高Al組分AlGaN外延薄膜的深紫外LED可以廣泛應用在消毒殺菌、水和食品處理、生化檢測、信息儲存、雷達探測和保密通訊等領域，市場潛力和應用前景十分巨大。

然而，目前深紫外LED的發(fā)光效率普遍較低，如何提升發(fā)光效率，是當今深紫外LED外延的重點。通常認為以下幾個原因影響深紫外LED的發(fā)光效率：1.難以外延出較高晶體質量的AlGaN材料導致內量子效率較低；2.高鋁組分材料的摻雜難度較大；3.由于pGaN吸光導致深紫外LED的光引出效率較低；4.漏電流導致電子注入效率較低。

其中電子泄露到深紫外LED的p層區(qū)域不光會導致注入效率降低，還會造成長波長的寄生發(fā)光峰。于是，電子阻擋層的設計便變得尤為重要。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術中存在的不足，本實用新型的目的是提供一種采用復合電子阻擋層的深紫外LED外延結構。它能有效增加電子阻擋層的電子阻擋能力，又不損害空穴注入到有源區(qū)的效率，最終可以極大提高深紫外LED的發(fā)光效率。

為了達到上述發(fā)明目的，本實用新型的技術方案以如下方式實現(xiàn)：

采用復合電子阻擋層的深紫外LED外延結構，它包括襯底層、成核層、AlN層、N型AlGaN層、Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源層、復合電子阻擋層、P型AlGaN層和P型GaN層。其結構特點是，所述復合電子阻擋層分為兩層，其與多量子阱有源層接觸一側為AlN阻擋層，其與P型AlGaN層接觸一側為高Al組分Al_zGa_1-zN阻擋層，y<z<1。

在上述深紫外LED外延結構中，所述復合電子阻擋層中AlN阻擋層是厚度為1-20nm的非摻雜AlN層。

在上述深紫外LED外延結構中，所述復合電子阻擋層中高Al組分Al_zGa_1-zN阻擋層是厚度為5-50nm的P型AlGaN阻擋層。

在上述深紫外LED外延結構中，所述襯底層采用藍寶石襯底、碳化硅襯底、氮化鋁襯底或者硅襯底中的一種。

在上述深紫外LED外延結構中，所述成核層采用厚度為5-50nm的AlN，所述AlN層采用厚度為1-5μm 的非摻雜AlN。

在上述深紫外LED外延結構中，所述N型AlGaN層是厚度為0.5-5μm的摻Si的N型AlGaN。

在上述深紫外LED外延結構中，所述Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源層是交替生長的厚度為2-6nm的Al_xGa_1-xN勢阱層(0<x<1)和厚度為5-15nm的Al_yGa_1-yN勢壘層(0<y<1,x<y)，多量子阱周期數(shù)1-10。

在上述深紫外LED外延結構中，所述P型AlGaN層采用厚度為10-200nm的P型AlGaN層。

在上述深紫外LED外延結構中，所述P型GaN層是厚度為10-200nm的P型GaN接觸層。

本實用新型由于采用了上述結構，同現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：采用復合電子阻擋層的深紫外LED外延結構，可以有效減小電子泄露到p層區(qū)域的幾率，能夠很好的抑制長波長的寄生發(fā)光峰，提高電子注入效率。本實用新型采用的外延結構最終可以顯著提高深紫外LED器件的發(fā)光性能。

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步說明。

附圖說明

圖1是本實用新型深紫外LED外延結構示意圖；

圖2是本實用新型中復合電子阻擋層的結構示意圖；

圖3是實施例中采用本實用新型復合電子阻擋層和常規(guī)電子阻擋層的電致發(fā)光譜比較圖。

具體實施方式

參看圖1和圖2，本實用新型采用復合電子阻擋層的深紫外LED外延結構，它包括襯底層1、成核層2、AlN層3、N型AlGaN層4、Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源層5、復合電子阻擋層6、P型AlGaN層7和P型GaN層8。復合電子阻擋層6分為兩層，其與多量子阱有源層5接觸一側為AlN阻擋層601，其與P型AlGaN層7接觸一側為高Al組分Al_zGa_1-zN阻擋層602，y<z<1。復合電子阻擋層6中AlN阻擋層601是厚度為1-20nm的非摻雜AlN層，或者是Mg摻雜濃度為5E17 cm^-3 ~5E19cm^-3的P型AlN層。復合電子阻擋層6中高Al組分Al_zGa_1-zN阻擋層602是厚度為5-50nm的P型AlGaN阻擋層，Mg摻雜濃度為1E18 cm^-3 ~1E20cm^-3。襯底層1采用藍寶石襯底、碳化硅襯底、氮化鋁襯底或者硅襯底中的一種。成核層2采用厚度為5-50nm的AlN，所述AlN層3采用厚度為1-5μm 的非摻雜AlN。N型AlGaN層4是厚度為0.5-5μm的摻Si的N型AlGaN，其中的Al組分為0-1，Si的摻雜濃度為1E18 cm^-3 ~2E19cm^-3。Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源層5是交替生長的厚度為2-6nm的Al_xGa_1-xN勢阱層(0<x<1)和厚度為5-15nm的Al_yGa_1-yN勢壘層(0<y<1,x<y)，多量子阱周期數(shù)1-10。P型AlGaN層7采用厚度為10-200nm的P型AlGaN層，其中Al組分為0-1，Mg摻雜濃度為1E18 cm^-3 ~1E20cm^-3。P型GaN層8是厚度為10-200nm的P型GaN接觸層，Mg摻雜濃度為5E18 cm^-3 ~5E20cm^-3。

本實用新型采用復合電子阻擋層的深紫外LED外延結構的制備方法，依次包括以下步驟：

1）生長AlN成核層2：控制生長溫度為600-1200℃，反應室壓力為50-200mbar，Ⅴ/Ⅲ比為100-5000，生長厚度為5-50nm的成核層2。

2）生長AlN層3：控制生長溫度為900-1400℃，反應室壓力為20-200mbar，Ⅴ/Ⅲ比為50-5000，生長厚度為1-5μm的AlN層3。

3）生長N型AlGaN接觸層4：控制生長溫度為900-1200℃，反應室壓力為50-200mbar，生長厚度為0.5-5μm的N型AlGaN接觸層4，Al組分為0-1，Si 摻雜濃度為1E18 cm^-3~2E19cm^-3。

4）生長Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源層5：控制生長溫度為900-1200℃，反應室壓力為50-200mbar，交替生長厚度為2-6nm的Al_xGa_1-xN勢阱層(0<x<1)和厚度為5-15nm的Al_yGa_1-yN勢壘層(0<y<1,x<y)，多量子阱周期數(shù)1-10。

5）生長復合電子阻擋層6：首先控制生長溫度為900-1400℃，反應室壓力為20-200mbar，Ⅴ/Ⅲ比為50-5000，生長厚度為1-20nm的非摻雜AlN阻擋層601或摻雜Mg摻雜濃度為5E17 cm^-3 ~5E19cm^-3的P型AlN阻擋層601；然后控制生長溫度為800-1200℃，反應室壓力為50-200mbar，Mg摻雜濃度為1E18 cm^-3 ~1E20cm^-3，生長厚度為5-50nm的高Al組分Al_zGa_1-zN阻擋層602，y<z<1。

6）生長P型AlGaN層7： 控制生長溫度為800-1200℃，反應室壓力為50-200mbar，生長厚度為10-200nm的P型AlGaN層7，Al組分為0-1，Mg摻雜濃度為1E18 cm^-3 ~1E20cm^-3。

7）生長P型GaN層8：控制生長溫度為800-1100℃，反應室壓力為100-1000mbar，生長厚度為10-200nm的P型GaN層8，Mg摻雜濃度為5E18 cm^-3 ~5E20cm^-3。

實施例一：

在襯底層1上首先依次生長成核層2、AlN層3、N型AlGaN層4、Al_0.4Ga_1-0.4N/Al_0.5Ga_0.5N多量子阱有源層5、復合電子阻擋層6、P型AlGaN層7和P型GaN層8。其中生長復合電子阻擋層6分為兩個步驟：首先控制生長溫度為900℃，反應室壓力為50mbar，Ⅴ/Ⅲ比為50，生長厚度為1nm的非摻雜AlN阻擋層601；然后控制生長溫度為800℃，反應室壓力為50mbar，Mg摻雜濃度為1E18 cm^-3 ，生長厚度為5nm的高Al組分Al_0.7Ga_0.3N電子阻擋層602。

參看圖3，利用電致發(fā)光來表征深紫外LED的發(fā)光性能。結果發(fā)現(xiàn)，本實用新型采用的復合電子阻擋層結構相比常規(guī)電子阻擋層結構，發(fā)光波長都在280nm左右，發(fā)光強度數(shù)值從9000增加到12500，而且峰位在320nm的寄生雜質峰明顯減弱，說明采用本實用新型的復合電子阻擋層結構，能使深紫外LED發(fā)光性能明顯提高。

實施例二：

在襯底層1上首先依次生長成核層2、AlN層3、N型AlGaN層4、Al_0.4Ga_1-0.4N/Al_0.5Ga_0.5N多量子阱有源層5、復合電子阻擋層6、P型AlGaN層7和P型GaN層8。其中生長復合電子阻擋層6分為兩個步驟：首先控制生長溫度為1400℃，反應室壓力為200mbar，Ⅴ/Ⅲ比為500，生長厚度為20nm的AlN阻擋層601；然后控制生長溫度為1200℃，反應室壓力為200mbar，Mg摻雜濃度為1E20cm^-3 ，生長厚度為50nm的高Al組分Al_0.7Ga_0.3N電子阻擋層602。

實施例三：

在襯底層1上首先依次生長成核層2、AlN層3、N型AlGaN層4、Al_0.4Ga_1-0.4N/Al_0.5Ga_0.5N多量子阱有源層5、復合電子阻擋層6、P型AlGaN層7和P型GaN層8。其中生長復合電子阻擋層6分為兩個步驟：首先控制生長溫度為1400℃，反應室壓力為200mbar，Ⅴ/Ⅲ比為500，生長厚度為1nm的摻雜Mg摻雜濃度為5E17cm^-3的AlN阻擋層601；然后控制生長溫度為1200℃，反應室壓力為200mbar，Mg摻雜濃度為1E19cm^-3，生長厚度為50nm的高Al組分Al_0.6Ga_0.4N電子阻擋層602。

實施例四：

在襯底層1上首先依次生長成核層2、AlN層3、N型AlGaN層4、Al_0.4Ga_1-0.4N/Al_0.5Ga_0.5N多量子阱有源層5、復合電子阻擋層6、P型AlGaN層7和P型GaN層8。其中生長復合電子阻擋層6分為兩個步驟：首先控制生長溫度為1300℃，反應室壓力為100mbar，Ⅴ/Ⅲ比為500，生長厚度為20nm的摻雜Mg摻雜濃度為5E19cm^-3的AlN阻擋層601；然后控制生長溫度為1200℃，反應室壓力為200mbar，Mg摻雜濃度為1E20cm^-3 ，生長厚度為50nm的高Al組分Al_0.9Ga_0.1N電子阻擋層602。

實施例五：

在襯底層1上首先依次生長成核層2、AlN層3、N型AlGaN層4、Al_0.4Ga_1-0.4N/Al_0.5Ga_0.5N多量子阱有源層5、復合電子阻擋層6、P型AlGaN層7和P型GaN層8。其中生長復合電子阻擋層6分為兩個步驟：首先控制生長溫度為1200℃，反應室壓力為50mbar，Ⅴ/Ⅲ比為1000，生長厚度為5nm的摻雜Mg摻雜濃度為5E18cm^-3的AlN阻擋層601；然后控制生長溫度為1100℃，反應室壓力為100mbar，Mg摻雜濃度為1E19cm^-3 ，生長厚度為25nm的高Al組分Al_0.8Ga_0.2N電子阻擋層602。

以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；凡屬于按照本技術方案進行顯而易見的修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案，均屬于本實用新型的保護范圍。