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紫光LED的外延结构研究
摘要
近年来，紫光LED已经成为LED领域中一个非常重要的分支，其应用于照明、显示和通信领域等方面。其中，外延结构是影响紫光LED性能的一个关键因素。本文主要介绍了紫光LED的外延结构研究进展，并重点讨论了AlGaN外延结构、Mgdoping和p-type掺杂等方面的研究。
关键词：紫光LED；外延结构；AlGaN；Mgdoping；p-type掺杂
一、紫光LED介绍
紫光LED是指波长在380~420nm范围内的LED。由于其波长较短，能量较高，因此被广泛应用于照明、显示和通信等领域。在照明领域中，紫光LED通常用作紫光灯、紫外线灯和紫光激光等相关领域；在显示领域中，紫光LED通常用于显示屏的背光源；在通信领域中，紫光LED可以用于高速数据传输。
二、紫光LED的发展历程
随着发光二极管技术（LED）的发展，人们对于高效、高亮的紫光LED的需求也逐渐增加，尤其在照明和显示的需求上。从20世纪80年代起，研究者开始尝试在GaN材料上进行紫光LED的研究。1993年，日本三菱公司与美国杜邦公司共同研制出第一颗紫光LED。此后，紫光LED的研究不断深入，并且呈现出爆发式的增长。
三、外延结构影响因素
作为紫光LED的关键组成部分之一，外延结构的设计和优化直接影响到LED性能的好坏。主要影响因素包括：材料的物理化学性质、晶体生长条件、外延结构的设计和制备工艺等。
3.1.外延结构材料
GaN是紫光LED的最常用材料之一，它具有高热稳定性、硬度和化学稳定性。但是，GaN在紫外波段下呈现出明显的自吸收和自吸引效应，对于紫光LED输出功率的提高产生了限制。为了解决这个问题，采用AlGaN作为紫光LED外延结构材料，扩大材料能隙，降低材料内部损耗，可以显著提高LED的效率。
3.2.晶体生长条件
晶体生长条件对于外延结构的形成和质量有着至关重要的影响。目前晶体生长方法主要包括气相沉积（MOCVD和HVPE）和分子束外延（MBE）方法，MOCVD是最常用的生长方法之一，可生长出具有极高质量的GaN薄膜；HVPE生长速度较快，但质量较差；MBE生长速度慢，但材料质量非常优良。
3.3.外延结构设计
外延结构的设计是影响紫光LED的性能的一个关键因素。一般包括n-GaN/p-AlGaN/p-GaN的结构，其中，n-GaN为n型导电区，p-AlGaN为p型电阻区，p-GaN为p型注入区。外延结构的设计需要考虑到发光效率、发射率、面发光和耐压性等方面的因素。
四、外延结构研究进展
4.1.AlGaN外延结构
随着对紫光LED的需求越来越高，研究者们开始尝试对外延结构进行优化，以提高紫光LED的发光效率。在紫光LED中，一种可行的优化方案是采用AlGaN外延结构。AlGaN外延结构在紫外波段下具有更大的折射率和能隙，可以有效地抑制自吸收效应，改善发光效率。然而，薄的AlGaN外延层往往容易受到拉伸应力的影响，而且AlGaN材料的制备相对较难。研究者采用厚AlGaN外延层的方法来解决这个问题。例如，Huang等人利用MOCVD法制备了厚AlGaN外延层（约10μm），并用于制备紫光LED，发光强度明显提高。
4.2.Mgdoping
在紫光LED中，p-AlGaN层的优质制备一直是一个难点。由于p-AlGaN的制备困难，导致紫光LED的电学性能和长期稳定性得不到保证。因此，研究者开始尝试Mgdoping的方法提高p-AlGaN的电学性能。Mg有效地增加了p-AlGaN的载流子浓度，从而显著提高了电导率。例如，Lin等研究者使用Mgdoping技术，提高了p-AlGaN层的导电性，从而使紫光LED的电学性能和发光强度得到了不同程度的提高。
4.3.p-type掺杂
另一个解决p-AlGaN制备的方法是采用p-type掺杂技术。p-type掺杂技术可以将p-AlGaN层从本征p型改变为外延掺杂p型，大大提高了p-AlGaN的导电性。例如，Nagahama等人在紫光LED中使用p-type掺杂技术，制备出了高性能的紫光LED。
五、结论
紫光LED的研究不断深入，外延结构也变得越来越复杂，设计和制备的要求也越来越高。目前，采用AlGaN外延结构、Mgdoping和p-type掺杂等技术，已经成为提高紫光LED性能的有效途径。在未来的研究中，紫光LED的外延结构的研究还有很大的发展空间，将会有更多的技术被应用到实际生产中，以满足人们不断增长的需求。