一種具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管

圖1是2012年6月之前已知的正裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是《一種具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管》實(shí)施例1公開的具有雙反射層的氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的剖面示意圖。

圖3是該發(fā)明實(shí)施例1公開的具有雙反射層的氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的俯視示意圖。

圖4是該發(fā)明實(shí)施例2公開的具有雙反射層的氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的剖面示意圖。

圖5是該發(fā)明實(shí)施例2公開的具有雙反射層的氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的俯視示意圖。

圖6是該發(fā)明實(shí)施例3公開的具有雙反射層的氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的俯視示意圖。

圖中部件符號(hào)說明：100：襯底、101：N型層、102：發(fā)光區(qū)、103：P型層、104：金屬反射層、105：電流擴(kuò)展層、106：P電極、107：N電極、200：襯底、201：N型層、202：發(fā)光區(qū)、203：P型層、204：環(huán)狀反射層、205：電流擴(kuò)展層、206：金屬反射層、207：P電極、208：N電極、209：P擴(kuò)展電極、210：長(zhǎng)條狀環(huán)形結(jié)構(gòu)。

1.《一種具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管》包括：襯底；外延層，形成于該襯底之上，從上至下依次包含P型層、發(fā)光區(qū)和N型層；電流擴(kuò)展層，形成于所述P型層之上；P電極，形成于所述電流擴(kuò)展層之上；其特征在于：一反射結(jié)構(gòu)形成于所述P電極與所述外延層之間且位于P電極的正下方，由環(huán)狀反射層和金屬反射層構(gòu)成，其幾何中心在垂直方向上與P電極的中心對(duì)應(yīng)，其中所述環(huán)狀反射層形成于電流擴(kuò)展層與P型層之間；所述金屬反射層形成于電流擴(kuò)展層與P電極之間；所述環(huán)狀反射層與金屬反射層之間設(shè)有一預(yù)定距離，且所述環(huán)狀反射層位于所述金屬反射層的正下方，其內(nèi)環(huán)直徑小于或者等于金屬反射層的直徑，外環(huán)直徑大于金屬反射層的直徑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于：所述環(huán)狀反射層位于部分P型層之上，由環(huán)狀結(jié)構(gòu)組成，其外邊緣形狀與P電極的外邊緣形狀一致。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于：所述環(huán)狀反射層為分布布拉格反射層或全方位反射層。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于：所述環(huán)狀反射層的環(huán)寬為5~50微米。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于：所述環(huán)狀反射層的內(nèi)環(huán)直徑為30~200微米。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于：所述環(huán)狀反射層的外環(huán)直徑為50~300微米。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于：所述金屬反射層的直徑為50~200微米。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于：所述環(huán)狀反射層與金屬反射層之間的預(yù)定距離為2~10微米。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于：所述環(huán)狀反射層的厚度為0.5~5微米。

截至2012年6月，藍(lán)綠光LED使用的都是基于GaN的III-V族化合物半導(dǎo)體材料；由于GaN基LED外延片的P-GaN層空穴濃度小，且P型層厚度很薄，絕大部分發(fā)光從P型層透出，而P型層不可避免地對(duì)光有吸收作用，導(dǎo)致LED芯片外量子效率不高，大大降低了LED的發(fā)光效率。采用ITO層作為電流擴(kuò)展層雖可提高透射率，但導(dǎo)致LED電壓要高一些，壽命也受到影響。另外，在外加電壓下，由于存在電流擴(kuò)散不均勻，一些區(qū)域電流密度很大，影響LED壽命?？傊谕獠苛孔有史矫?，2012年6月之前的GaN基LED還是顯得不足，一方面與電流非均勻分布有關(guān)，另一方面則是與當(dāng)光發(fā)射至電極會(huì)被電極本身所吸收有關(guān)。

為此，改善LED發(fā)光效率的研究較為活躍，主要技術(shù)有采用圖形襯底技術(shù)、分布電流阻隔層（也稱電流阻擋層）、分布布拉格反射層（英文為Distributed Bragg Reflector，簡(jiǎn)稱DBR）結(jié)構(gòu)、透明襯底、表面粗化、光子晶體技術(shù)等。

參見圖1，2012年6月之前，在已知的正裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中，包括襯底100，由下往上堆疊的N型層101、發(fā)光區(qū)102、P型層103、金屬反射層104、電流擴(kuò)展層105、P電極106以及設(shè)置在N型層101裸露表面上的N電極107。由于金屬反射層104（通常為Al或Ag材料）對(duì)光有反射作用，使得發(fā)光層發(fā)出的光線發(fā)射出來，并從側(cè)面出光，如光線1a所示；但是仍然有部分光線無法或很難從側(cè)面或上面出射，如光線1b所示，因而造成光損失，無法使得發(fā)光層發(fā)出的光線有效取出，影響了芯片的發(fā)光效率。

一種具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管專利目的

《一種具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管》提供了一種具有雙反射層的GaN基高亮度LED，其通過在LED的外延層與P電極之間增設(shè)環(huán)狀反射層和金屬反射層，形成雙反射層結(jié)構(gòu)，可以有效地取出發(fā)光層發(fā)出的光線，減少P電極的吸光現(xiàn)象，從而增加出光效率。

一種具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管技術(shù)方案

《一種具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管》包括：襯底；外延層，形成于該襯底上，其中外延層包含P型層、發(fā)光區(qū)和N型層；電流擴(kuò)展層，形成于所述P型層之上；P電極，形成于所述電流擴(kuò)展層之上；其特征在于：一反射結(jié)構(gòu)形成于所述P電極與所述外延層之間，由環(huán)狀反射層和金屬反射層構(gòu)成，其幾何中心在垂直方向上與P電極的中心對(duì)應(yīng)，其中所述環(huán)狀反射層形成于電流擴(kuò)展層與P型層之間；所述金屬反射層形成于電流擴(kuò)展層與P電極之間；所述環(huán)狀反射層與金屬反射層之間設(shè)有一預(yù)定距離。

上述環(huán)狀反射層位于部分P型層之上，由一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)組成，其外邊緣形狀與P電極的外邊緣形狀一致。

上述環(huán)狀反射層的環(huán)寬為5~50微米。

上述環(huán)狀反射層的內(nèi)環(huán)直徑為30~200微米。

上述環(huán)狀反射層的外環(huán)直徑為50~300微米。

上述金屬反射層的直徑為50~200微米。

上述環(huán)狀反射層與金屬反射層之間的預(yù)定距離為2~10微米。

上述環(huán)狀反射層的厚度為0.5~5微米。

上述環(huán)狀反射層為分布布拉格反射層或全方位反射層。

上述環(huán)狀反射層由交替的高折射率和低折射率材料層組成，高折射率層材料選自TiO、TiO₂、Ti₃O₅、Ti₂O₃、Ta₂O₅、ZrO₂或前述的任意組合之一，低折射率層材料選自SiO₂、SiNx、Al₂O₃或前述的任意組合之一。

上述金屬反射層材料可選用鋁（Al）或者是銀（Ag）或者是鎳（Ni）等。

上述襯底材料可選用藍(lán)寶石（Al₂O₃）或者是碳化硅（SiC）或者是硅片（Si）等。 上述電流擴(kuò)展層材料可選用鎳/金合金（Ni/Au）或鎳/氧化銦錫合金（Ni/ITO）或氧化銦錫（ITO）或氧化鋅（ZnO）或In摻雜ZnO或Al摻雜ZnO或Ga摻雜ZnO中的一種或其組合。

一種具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管改善效果

（1）《一種具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管》通過在LED的外延層與P電極之間增設(shè)環(huán)狀反射層和金屬反射層，形成雙反射層結(jié)構(gòu)，使得發(fā)光層發(fā)出的一部分的光線經(jīng)過環(huán)狀反射層的一次反射便從側(cè)面出射，還可以使得另一部分原本要射向P電極的光線經(jīng)過雙反射層的雙層反射后向上出射，進(jìn)而提升芯片的光取出效率；

（2）環(huán)狀反射層又兼具電流阻擋的作用，減少芯片電極下方的電流積聚，進(jìn)一步提高了芯片的發(fā)光效率；

（3）視芯片的尺寸大小和電極分布情況，通過控制環(huán)狀反射層的截面積大小，使其與P電極面積大小相適應(yīng)，可以調(diào)整發(fā)光層發(fā)出的光線向上和側(cè)面出射的比例，從而改善芯片的發(fā)光分布均勻性。

一種具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管操作內(nèi)容

下列各實(shí)施例公開的一種具有雙層反射層的GaN基高亮度LED，包括：襯底，外延層，電流擴(kuò)展層，反射結(jié)構(gòu)及P、N電極。

具體來說，襯底可選用材料可選用藍(lán)寶石（Al₂O₃）或者是碳化硅（SiC）或者是硅片（Si）等。對(duì)于水平結(jié)構(gòu)的LED器件，選用絕緣性材料；而對(duì)于垂直結(jié)構(gòu)的LED器件，則選用導(dǎo)電性材料。

外延層可通過外延生長(zhǎng)形成于襯底的表面上，至下而上至少包括N型層，發(fā)光層和P型層，還可包括緩沖層、電子阻擋層等，材料可為氮化鎵基半導(dǎo)體材料。

電流擴(kuò)展層位于P型層上，可選用鎳/金合金（Ni/Au）或鎳/氧化銦錫合金（Ni/ITO）或氧化銦錫（ITO）或氧化鋅（ZnO）或In摻雜ZnO或Al摻雜ZnO或Ga摻雜ZnO中的一種或其組合。

P電極形成于電極擴(kuò)展層上，用于為發(fā)光層提供電流注入。對(duì)于水平結(jié)構(gòu)的LED器件，可蝕刻部分的P型層及發(fā)光層，露出N型層，N電極形成于裸露的N型層表面上。對(duì)于垂直結(jié)構(gòu)的LED器件，N電極則制作在導(dǎo)電襯底的背面。

反射結(jié)構(gòu)位于P電極與P型層之間，由環(huán)狀反射層和金屬反射層構(gòu)成，根據(jù)P電極的形狀和位置設(shè)置反射結(jié)構(gòu)的位置及大小，其幾何中心在垂直方向上與P電極的中心對(duì)應(yīng)。環(huán)狀反射層形成于電流擴(kuò)展層與P型層之間，可位于電流擴(kuò)展層底層層內(nèi)或外延層的頂部表層，至少一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)組成，形狀可為圓形、方形、三角形、正多邊形等。關(guān)于環(huán)狀反射層的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的各個(gè)參數(shù)，可依據(jù)芯片尺寸的小以及具體光學(xué)路徑進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)。在某些實(shí)施例中，環(huán)狀反射層的環(huán)寬可為5~50微米，內(nèi)環(huán)直徑為30~200微米，外環(huán)直徑為50~300微米，厚度為0.5~5微米。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，選用分布布拉格反射層（DBR）或全方位反射層（ODR）作為環(huán)狀反射層，其兼具電流阻擋的作用，減少芯片電極下方的電流積聚，進(jìn)一步提高了芯片的發(fā)光效率。金屬反射層形成于電流擴(kuò)展層上，位于電流擴(kuò)展層與P電極之間，可含在電流擴(kuò)展層，也可在電流擴(kuò)展層上面，與環(huán)狀反射層之間的垂直距離為2~10微米，材料可選用鋁（Al）或者是銀（Ag）或者是鎳（Ni）等。

一種具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管實(shí)施案例

• 實(shí)施例1

如圖2和圖3所示的一種具有雙反射層的氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管，包括：藍(lán)寶石襯底200、N型層201、發(fā)光區(qū)202、P型層203、圓環(huán)狀的分布布拉格反射層204、電流擴(kuò)展層205、金屬反射層206、P電極207和N電極208。

具體來說，上述發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中最底層為藍(lán)寶石襯底200；N型層201，形成于藍(lán)寶石襯底200上；發(fā)光區(qū)202，形成于N型層201上；P型層203，形成于發(fā)光區(qū)202上；圓環(huán)狀的分布布拉格反射層204，形成于P型層203上；ITO電流擴(kuò)展層205，形成于圓環(huán)狀的分布布拉格反射層204及P型層203表面上；Al金屬反射層206，形成于ITO電流擴(kuò)展層205的表層上；P電極207，形成于Al金屬反射層206上；N電極208，形成于裸露的N型層201上；其中分布布拉格反射層204由交替的高折射率TiO₂材料和低折射率的SiO₂材料組成，圓環(huán)狀的分布布拉格反射層204的內(nèi)環(huán)直徑為80微米，圓環(huán)狀的分布布拉格反射層204的外環(huán)直徑為130微米；金屬反射層206的直徑為85微米。

在該實(shí)施例中的反射結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：（1）金屬反射層在垂直方向上與圓環(huán)狀的分布布拉格反射層的環(huán)心對(duì)應(yīng)；（2）圓環(huán)狀的分布布拉格反射層204的內(nèi)環(huán)直徑小于金屬反射層206的直徑且圓環(huán)狀的分布布拉格反射層204的外環(huán)直徑大于金屬反射層206的直徑；（3）金屬反射層206的直徑等同于P電極207直徑。通過在LED的P型層203與P電極207之間增設(shè)圓環(huán)狀的分布布拉格反射層204和Al金屬反射層206，形成雙反射層結(jié)構(gòu)，使得發(fā)光層發(fā)出的一部分的光線，如光線2a路徑所示，經(jīng)過圓環(huán)狀的分布布拉格反射層204的一次反射便從側(cè)面直接出射；還可以使得另一部分原本要射向P電極207的光線經(jīng)過雙反射層的雙層反射后向上出射，如光線2b路徑所示，進(jìn)而提升芯片的光取出效率。

上述具有雙反射層結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管，其制作方法包括步驟：

第一步：在藍(lán)寶石襯底200上外延生長(zhǎng)氮化鎵基發(fā)光外延層，包括；N型層201、發(fā)光區(qū)202、P型層203；

第二步：在P型層203上，通過蒸鍍方式，形成圓環(huán)狀的分布布拉格反射層204；

第三步：在圓環(huán)狀的分布布拉格反射層204及P型層203表面上，通過蒸鍍方式，形成ITO電流擴(kuò)展層205；

第四步：在ITO電流擴(kuò)展層205上，通過濺鍍方式，形成Al金屬反射層206； 第五步：通過光罩、剝離工藝，分別在Al金屬反射層206正上方和裸露的N型層201上制作P電極207和N電極208。

上述制作方法的第二步使得Al金屬反射層206在垂直方向上與圓環(huán)狀的分布布拉格反射層204的環(huán)心對(duì)應(yīng)；第五步使得金屬反射層位于P電極207的正下方，Al金屬反射層206的直徑等同于P電極207直徑。

• 實(shí)施例2

與實(shí)施例1相比，該實(shí)施例公開了一種垂直結(jié)構(gòu)的具有雙反射層的氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管。在該實(shí)施例，采用Si作為襯底200，N電極208形成于襯底的背面，構(gòu)成了垂直結(jié)構(gòu)的LED器件結(jié)構(gòu)。

• 實(shí)施例3

與實(shí)施例1相比，該實(shí)施例公開的氮化鎵基LED器件的電極結(jié)構(gòu)還包括擴(kuò)展電極209，其寬度為10微米，可在擴(kuò)展電極209正下方設(shè)置金屬反射層和環(huán)狀反射層，進(jìn)一步地提高出光效率。金屬反射層可與擴(kuò)展電極等大，環(huán)狀反射層由P電極207下方的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)204和擴(kuò)展電極209下方的長(zhǎng)條狀環(huán)形結(jié)構(gòu)210構(gòu)成。圓環(huán)形結(jié)構(gòu)204與實(shí)施例1不同的是：圓環(huán)狀的分布布拉格反射層204的內(nèi)環(huán)直徑為80微米，等同于P電極207直徑，長(zhǎng)條狀環(huán)形結(jié)構(gòu)210的內(nèi)環(huán)直徑為10微米，外環(huán)直徑為20微米。

2017年6月22日，《一種具有雙反射層的氮化鎵基發(fā)光二極管》獲得安徽省第五屆專利獎(jiǎng)金獎(jiǎng)。

《具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法》涉及一種紫外LED的外延結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法，屬于發(fā)光二極管（Light-EmittingDiode，簡(jiǎn)稱LED）技術(shù)領(lǐng)域。

具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法專利目的

《具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法》提供了一種具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法，該外延結(jié)構(gòu)具有提供量子點(diǎn)的量子阱結(jié)構(gòu)，從而提高了電子空穴復(fù)合幾率，解決了AlGaN量子阱中因無量子點(diǎn)導(dǎo)致的復(fù)合幾率非常低的問題。

具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法技術(shù)方案

《具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法》提供一種具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，包括如下步驟：1）在襯底上，從下至上依次生長(zhǎng)緩沖層、非摻雜層、N型摻雜層；2）在所述N型摻雜層上生長(zhǎng)Q個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)，所述每個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)包含量子阱層和量子壘層AlyGa1-yN，并且所述量子阱層包含M個(gè)AlxGa1-xN-GaN量子點(diǎn)，其中，1≤Q≤50，1≤M≤10，0＜x＜1，0＜y＜1，x＜y，且Q、M均為正整數(shù)；3）在所述Q個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)上，從下至上依次生長(zhǎng)電子阻擋層、P型摻雜AlvGa1-vN層和P型摻雜GaN層，其中，0＜v＜1，v＞y。步驟1）中，首先是在襯底上生長(zhǎng)緩沖層。由于LED外延結(jié)構(gòu)多為金屬的氮化物，因此在通入反應(yīng)物之前，需要對(duì)反應(yīng)室中的溫度以及壓力進(jìn)行控制從而使氨氣和金屬源能夠分解成各自原子而發(fā)生化合反應(yīng)生成金屬的氮化物。具體實(shí)施過程中，將反應(yīng)室襯底的溫度控制在600～1000℃，壓力為100～500托，將氨氣與金屬源通入襯底上，在該反應(yīng)條件下，金屬源分解為相應(yīng)的金屬原子，氨氣分解為氮原子，從而生成金屬氮化物形成外延結(jié)構(gòu)的緩沖層。為了能夠控制緩沖層的厚度，一般的，金屬源的注入速度為1～300毫升/分鐘，在通入上述反應(yīng)物后并反應(yīng)3～10分鐘，即可在襯底上成長(zhǎng)出厚度大于0且小于等于100納米的緩沖層。其中，金屬源可以選擇為三甲基鎵、三甲基銦以及三甲基鋁中的一種或多種，則可以想到的是，緩沖層的組成會(huì)因此為氮化鎵、氮化銦以及氮化鋁中的一種或幾種。優(yōu)選的，為了避免吸光，金屬源可以選擇為三甲基鋁。其次，當(dāng)緩沖生長(zhǎng)層生長(zhǎng)結(jié)束后，可以將反應(yīng)室的溫度提高至1000～1350℃，壓力維持在30～100托，在氫氣氣氛的保護(hù)下，通入三甲基鎵、三甲基鋁和氨氣。該步驟不僅能夠使緩沖層發(fā)生分解聚合形成均勻分布的成核島，還能夠使新通入的反應(yīng)物分解為原子并化合為金屬氮化物，從而與晶核島合并并長(zhǎng)大，從而生長(zhǎng)出未摻入任何雜質(zhì)的未摻雜層AltGa1-tN。為了能夠控制未摻雜層的厚度，一般的，三甲基鎵和三甲基鋁的注入速度為50～1000毫升/分鐘，在通入上述反應(yīng)物并反應(yīng)10～180分鐘后，即可在緩沖層上成長(zhǎng)出厚度為50～3000納米的未摻雜層。隨后引入N型雜質(zhì)在未摻雜層上生長(zhǎng)出厚度為1000～3000納米N型摻雜層AluGa1-uN?！毒哂械壛孔狱c(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法》中引入的雜原子為硅原子，硅原子的摻雜濃度為1x10¹⁷～5x10¹⁹個(gè)厘米^-3。步驟2）中，是在N型摻雜層上生長(zhǎng)Q個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)?！毒哂械壛孔狱c(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法》對(duì)每個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)中的量子阱層做了設(shè)計(jì)，使每個(gè)量子阱層中都包含GaN量子點(diǎn)，即：當(dāng)M＝1時(shí)，量子阱層具體為AlxGa1-xN-GaN量子點(diǎn)；當(dāng)M＞1時(shí)，量子阱層具體為AlxGa1-xN-GaN量子點(diǎn)/AlxGa1-xN-GaN量子點(diǎn)......AlxGa1-xN-GaN量子點(diǎn)/AlxGa1-xN-GaN量子點(diǎn)。并且，《具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法》中要求量子壘層中的鋁含量y大于量子阱層中的鋁含量x。步驟3）中，首先，在已生長(zhǎng)好的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)一層5-100納米厚的電子阻擋層AlzGa1-zN。此層的目的作為電子阻擋層同時(shí)也可以作為高載流子遷移率插入層。其次，在此基礎(chǔ)上生長(zhǎng)高載流子濃度的厚度大于0且小于500納米的P型摻雜AlvGa1-vN層，此層的摻雜濃度為1×10¹⁸～5×10²⁰個(gè)厘米^-3。最后，生長(zhǎng)P型摻雜GaN層，此層的厚度為2～15納米，此層的摻雜濃度為5×10¹⁹～8×10²⁰個(gè)厘米^-3，以便形成良好的歐姆接觸。以上，便完成了完整的含有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)。

《具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法》有效提升了氮化鋁鎵AlGaN量子阱中量子點(diǎn)的數(shù)量，從而提升了電子空穴復(fù)合幾率，提高了紫外LED的發(fā)光性能，有效實(shí)現(xiàn)了紫外LED的殺菌效率。具體地，當(dāng)M＝1，則所述步驟2）包括：a.調(diào)節(jié)溫度為900～1200℃，壓力為30～200托，通入氫氣、三甲基鎵、三甲基鋁、硅原子以及氨氣，生長(zhǎng)量子壘層AlyGa1-yN，其中，所述量子壘層AlyGa1-yN的壘寬為2～25納米；b.通入氫氣、三甲基鎵、三甲基鋁以及氨氣，生長(zhǎng)所述量子阱層中的AlxGa1-xN，其中所述AlxGa1-xN的阱寬為1～5納米；c.降溫至800～1200℃，壓力為30～200托，通入氫氣、三甲基鎵以及氨氣，生長(zhǎng)所述量子阱層中的GaN量子點(diǎn)，所述GaN量子點(diǎn)的厚度為1～20個(gè)原子層級(jí)；d.重復(fù)步驟a～cQ次。該生長(zhǎng)方法具體生長(zhǎng)出量子阱層包含單個(gè)AlxGa1-xN-GaN量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的量子阱結(jié)構(gòu)。另外，當(dāng)2≤M≤10，則所述步驟2）包括：A.調(diào)節(jié)溫度為900～1200℃，壓力為30～200托，通入氫氣、三甲基鎵、三甲基鋁、硅原子以及氨氣，生長(zhǎng)量子壘層AlyGa1-yN，其中，所述量子壘層AlyGa1-yN的壘寬為2～25納米；B.通入氫氣、三甲基鎵、三甲基鋁以及氨氣，生長(zhǎng)所述量子阱層中的AlxGa1-xN，其中所述AlxGa1-xN的阱寬為1～5納米；C.降溫至800～1200℃，壓力為30～200托，通入氫氣、三甲基鎵以及氨氣，生長(zhǎng)所述量子阱層中的GaN量子點(diǎn)，所述GaN量子點(diǎn)的厚度為1～20個(gè)原子層級(jí)；D.重復(fù)步驟B～CM次；E.重復(fù)步驟A～DQ次。該生長(zhǎng)方法具體生長(zhǎng)出量子阱層包含AlxGa1-xN-GaN量子點(diǎn)……AlxGa1-xN-GaN量子點(diǎn)的周期性結(jié)構(gòu)的量子阱結(jié)構(gòu)。其中步驟A、B、C與步驟a、b、c相同。

《具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法》中量子點(diǎn)的厚度可以通過步驟c或者步驟C中的生長(zhǎng)時(shí)間和反應(yīng)物通入流量的大小來調(diào)整。進(jìn)一步地，《具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法》還對(duì)非摻雜層為AltGa1-tN、N型摻雜層為AluGa1-uN，電子阻擋層為AlzGa1-zN中的鋁鎵含量進(jìn)行了限制，其中0＜t＜1，0＜u＜1，0＜z＜1，且z＞y。進(jìn)一步地，在《具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法》中，N型摻雜層的摻雜原子為硅原子，而所述P型摻雜AlvGa1-vN層和P型摻雜層的摻雜原子為鎂原子，具體可以采用二茂鎂的形式作為反應(yīng)物通入反應(yīng)室，其中，二茂鎂的流速為10～1000毫升/分鐘。進(jìn)一步地，《具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法》對(duì)發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備不做限制，可以是金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備、分子束外延設(shè)備或者氫化物氣相外延設(shè)備中的一種。同時(shí)，所述襯底層選自藍(lán)寶石、圖形藍(lán)寶石、硅、碳化硅、玻璃、銅、鎳和鉻中的一種。

《具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法》提供的具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，通過將GaN量子點(diǎn)引入量子阱層中，有效地提升了氮化鋁鎵AlGaN量子阱中量子點(diǎn)的數(shù)量，提升了電子空穴復(fù)合幾率，提高了紫外LED器件的發(fā)光性能，從而使紫外LED的殺菌效力得到顯著增強(qiáng)。該發(fā)明還提供一種具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)，該具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)按照上述生長(zhǎng)方法得到。該發(fā)明還提供一種具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED，該具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED包括上述的具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)。

具有氮化鎵量子點(diǎn)的紫外LED的外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)方法改善效果

1）此發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，所需源材料均為普通生產(chǎn)所需，能夠輕易實(shí)現(xiàn)；

2）GaN量子點(diǎn)的引入能夠極大地提高電子空穴復(fù)合幾率，提高紫外LED的發(fā)光效率；

3）能夠通過控制GaN量子點(diǎn)的厚度來控制所需紫外LED的波長(zhǎng)。