本公開涉及紫外led芯片，尤其涉及一種紫外led芯片及其制備方法。

背景技術：

1、紫外led芯片是指發光中心波長在400nm以下的led器件，可廣泛用于氣體探測、有機固化、殺菌消毒等物理、化學和生物各個領域。目前，紫外led器件特別是深紫外led器件需求越來越大，對其質量要求越來越高。紫外led芯片的質量與性能決定了其器件的應用前景。

2、在相關技術中，紫外以及深紫外led芯片結構均為層狀堆疊結構，即n型層、量子阱層、p型層材料由襯底自紫外led芯片表面方向，沿著c軸層層生長。上述芯片結構的紫外led芯片連接電路后，由n型層提供的電子與由p型層提供的空穴向量子阱遷移，它們的運輸方向與生長方向平行、與芯片表面垂直；當載流子在量子阱層復合時，產生不同傳播方向的紫外光。

3、上述芯片結構設計的紫外led芯片存在一定的局限性，例如紫外led芯片中高al組分的p型氮化鋁鎵層難以制備，存在導電性差等問題。即使采用漸變摻雜技術等新穎摻雜技術，其垂直導電性依舊堪憂。導電性能不佳的p型層會導致紫外led芯片的電注入效率下降、內量子效率下降。

4、目前在紫外led芯片中采用的p型層是p型氮化鎵層，雖然其導電性優于高al組分的p型氮化鋁鎵層，但是由于其禁帶寬度較窄，會吸收從芯片表面發射的紫外光，導致紫外led芯片的光提取效率下降、外量子效率下降。

5、此外，氮化鋁鎵基紫外led芯片有源區需采用高al組分的氮化鋁鎵材料，產生的紫外光中tm波為主導；al組分越高，tm波成分占比越高；其出光方向傾向于側向出光，而不是沿著生長方向出光。上述出光方式的紫外光難以收集，難以直接利用，導致紫外led芯片的光提取效率、外量子效率低。

6、綜上所述，相關技術中的紫外led芯片結構不能滿足高出光率、高光功率、高能量轉換效率的器件要求。因此，開發一種新型紫外led芯片結構以提升相關性能具有深遠意義。

技術實現思路

1、有鑒于此，為解決相關技術中的所述以及其他方面的至少一種技術問題，本公開提出了一種紫外led芯片，包括襯底、過渡層、n型氮化鋁鎵層、p型氮化鋁鎵層、氮化鋁鎵量子阱發光層和電極層。其中，過渡層形成于襯底之上；n型氮化鋁鎵層形成于過渡層上的第一區域，適用于響應外加電流產生電子；p型氮化鋁鎵層形成于過渡層上與第一區域相間隔的第二區域，適用于響應外加電流產生空穴；氮化鋁鎵量子阱發光層形成于過渡層上，且位于n型氮化鋁鎵層和p型氮化鋁鎵層之間，包括沿第一方向交替排列的x個勢壘層和x-1個勢阱層，適用于接收沿第一方向橫向傳輸的電子和空穴，并且使得電子和空穴復合產生紫外光，其中，第一方向為平行于襯底的方向，2≤x≤5；電極層形成于n型氮化鋁鎵層和p型氮化鋁鎵層之上，適用于傳輸外加電流。

2、根據本公開的實施例，過渡層包括氮化鋁緩沖層、氮化鋁單晶層和氮化鋁鎵單晶層。其中，氮化鋁緩沖層形成于襯底之上；氮化鋁單晶層形成于氮化鋁緩沖層之上，氮化鋁單晶層與氮化鋁緩沖層具有相同的鋁含量；氮化鋁鎵單晶層形成于氮化鋁單晶層之上，氮化鋁鎵單晶層的鋁含量小于氮化鋁單晶層的鋁含量。

3、根據本公開的實施例，n型氮化鋁鎵層的鋁含量小于氮化鋁鎵單晶層的鋁含量，p型氮化鋁鎵層的鋁含量沿第二方向逐漸降低且起始鋁含量等于氮化鋁鎵單晶層的鋁含量，其中，第二方向為垂直于第一方向自襯底指向p型氮化鋁鎵層的方向。

4、根據本公開的實施例，過渡層的鋁含量變化范圍為80％～100％。

5、根據本公開的實施例，p型氮化鋁鎵層的鋁含量變化范圍為52％～80％。

6、根據本公開的實施例，勢壘層的鋁含量大于勢阱層的鋁含量，勢壘層的禁帶寬度大于勢阱層的禁帶寬度。

7、根據本公開的實施例，n型氮化鋁鎵層、p型氮化鋁鎵層、勢壘層和勢阱層在第一方向上的厚度相同。

8、在本公開的另一方面提出了一種制備上述的紫外led芯片的方法，包括：

9、在襯底上依次生長氮化鋁緩沖層、氮化鋁單晶層和氮化鋁鎵單晶層，形成過渡層；

10、在過渡層上生長n型氮化鋁鎵，對n型氮化鋁鎵進行刻蝕，使n型氮化鋁鎵位于過渡層的第一區域，得到n型氮化鋁鎵層；

11、在過渡層上與第一區域間隔的第二區域內，生長p型氮化鋁鎵，對p型氮化鋁鎵進行刻蝕得到p型氮化鋁鎵層；

12、在過渡層上的n型氮化鋁鎵層和p型氮化鋁鎵層之間依次交替再生長不同鋁含量的氮化鋁鎵作為勢壘層和勢阱層；

13、在n型氮化鋁鎵層和p型氮化鋁鎵層上，采用蒸鍍和退火的方法制備電極層。

14、根據本公開的實施例，p型氮化鋁鎵的生長方式包括漸變摻雜生長技術。

15、根據本公開的實施例，摻雜的元素包括鎂元素，鎂元素摻雜的平均濃度為6×1018cm-3。

16、根據本公開的實施例，本公開提出了一種載流子橫向傳輸的紫外led芯片，其中，橫向傳輸是指空穴或電子沿平行于襯底(或紫外led芯片表面)的方向進行傳輸。具體而言，在本公開提出的紫外led芯片結構中，n型氮化鋁鎵層、p型氮化鋁鎵層和氮化鋁鎵量子阱發光層垂直于襯底方向分布，氮化鋁鎵量子阱發光層位于n型氮化鋁鎵層和p型氮化鋁鎵層之間。p型氮化鋁鎵層具有良好的橫向空穴傳輸性質，提高了電注入效率和內量子效率。同時氮化鋁鎵量子阱發光層包含多個間隔分布的勢壘層和勢阱層，提高了發光提取效率和內、外量子效率。

技術特征：

1.一種紫外led芯片，包括：

2.根據權利要求1所述的紫外led芯片，其中，所述過渡層包括：

3.根據權利要求2所述的紫外led芯片，其中，所述n型氮化鋁鎵層的鋁含量小于所述氮化鋁鎵單晶層的鋁含量，所述p型氮化鋁鎵層的鋁含量沿第二方向逐漸降低且起始鋁含量等于所述氮化鋁鎵單晶層的鋁含量，其中，所述第二方向為垂直于所述第一方向自所述襯底指向所述p型氮化鋁鎵層的方向。

4.根據權利要求2所述的紫外led芯片，其中，所述過渡層的鋁含量變化范圍為80％～100％。

5.根據權利要求1所述的紫外led芯片，其中，所述p型氮化鋁鎵層的鋁含量變化范圍為52％～80％。

6.根據權利要求1所述的紫外led芯片，其中，所述勢壘層的鋁含量大于所述勢阱層的鋁含量，所述勢壘層的禁帶寬度大于所述勢阱層的禁帶寬度。

7.根據權利要求1所述的紫外led芯片，其中，所述n型氮化鋁鎵層、所述p型氮化鋁鎵層、所述勢壘層和所述勢阱層在所述第一方向上的厚度相同。

8.一種制備如權利要求1～7任一項所述的紫外led芯片的方法，包括：

9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述p型氮化鋁鎵的生長方式包括漸變摻雜生長技術。

10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述摻雜的元素包括鎂元素，所述鎂元素摻雜的平均濃度為6×1018cm-3。

技術總結
本公開提出了一種紫外LED芯片，包括襯底、過渡層、n型氮化鋁鎵層、p型氮化鋁鎵層、氮化鋁鎵量子阱發光層和電極層。其中，過渡層，形成于襯底之上；n型氮化鋁鎵層，形成于過渡層上的第一區域，適用于響應外加電流產生電子；p型氮化鋁鎵層，形成于過渡層上與第一區域相間隔的第二區域，適用于響應外加電流產生空穴；氮化鋁鎵量子阱發光層，形成于過渡層上，且位于n型氮化鋁鎵層和p型氮化鋁鎵層之間，包括沿第一方向交替排列的x個勢壘層和x?1個勢阱層，適用于接收沿第一方向橫向傳輸的電子和空穴，并且使得電子和空穴復合產生紫外光，其中，第一方向為平行于襯底的方向，2≤x≤5；電極層，形成于n型氮化鋁鎵層和p型氮化鋁鎵層之上。

技術研發人員：王軍喜,蔣宗霖,魏學成
受保護的技術使用者：中國科學院半導體研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28