一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种准垂直结构p‑金刚石/i‑SiC/n‑金刚石LED及其制作方法，其中，一种准垂直结构p‑金刚石/i‑SiC/n‑金刚石LED，包括依次层叠设置的单晶金刚石衬底和p型硼高掺杂金刚石层，p型硼高掺杂金刚石层上方依次设置有i型碳化硅层、n型磷高掺杂金刚石层、欧姆接触电极和保护金属层，p型硼高掺杂金刚石层上方还依次设置有欧姆接触电极和保护金属层，解决了金刚石LED发光效率问题。

【技术实现步骤摘要】
一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED及其制作方法
本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED及其制作方法。
技术介绍
发光二极管(LED)具有高效率、长寿命、节能和环保等优点，目前广泛应用于指示灯、数码管、显示屏、信号灯和固态照明等领域。作为一种全新的照明技术，LED是利用半导体芯片作为发光材料、直接将电能转换为光能的发光器件。自20世纪60年代世界第一个半导体发光二极管诞生以来，LED照明由于具有寿命长、节能、色彩丰富、安全、环保的特性，被誉为人类照明的第三次革命。2014年诺贝尔物理学奖就授予给了蓝光LED的专利技术者，其所用材料为GaN。目前，LED的研究向着紫外和深紫外延伸。深紫外光是指波长100纳米到280纳米之间的光波，半导体深紫外光源在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大应用价值。深紫外LED除菌净化功能已日渐被广泛应用在医疗和健康领域，作为新一代紫外杀菌技术，具有无汞、安全环保和广泛的环境适应性等特点，属于物理广谱杀菌，无化学残留特性。与常见的用于照明的LED相比，深紫外LED在材料、工艺和应用方面有明显区别，其要求材料的禁带宽度比较大，氮化镓材料难以胜任，因此需要寻找合适的散热材料。此时，金刚石材料就是最佳的选择。金刚石的禁带宽度为5.5eV，载流子迁移率大，热导率最高，对深紫外到远红外光的透过性好，十分适合制备LED。一般而言，金刚石LED是p-金刚石/i-金刚石/n-金刚石结构，这种情况下，i层的发光波长与n层的吸收波长一致，会影响金刚石的发光效率。因此，需要寻求一种禁带宽度略窄的材料来做有源层，并且由于异质结的存在可以形成势阱，提高复合概率，从而提高发光效率。尽管减少n型磷高掺杂金刚石层的厚度能够减少光吸收，但是无法完全避免。因此，我们从能带结构入手，寻求一种禁带宽度略窄的材料来做有源层，从而稍微降低发光波长，使得n型磷高掺杂金刚石层不吸收i型碳化硅层发出的光，提高发光效率。并且由于异质结的存在可以形成势阱，有利于空穴和电子的积累，提高复合概率，也能提高发光效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED及其制作方法，以解决金刚石LED发光效率问题。本专利技术所采取的技术方案是：一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED，包括依次层叠设置的单晶金刚石衬底和p型硼高掺杂金刚石层，p型硼高掺杂金刚石层上方依次设置有i型碳化硅层、n型磷高掺杂金刚石层、欧姆接触电极和保护金属层，p型硼高掺杂金刚石层上方还依次设置有欧姆接触电极和保护金属层。进一步的，i型碳化硅层生长于单晶金刚石衬底1上的生长条件为：选用气体CH4、H2和SiH4，气压为100-130Torr，气体流量为500sccm，CH4与H2的体积比为0.01％-10％，SiH4与CH4的体积比为0.5-1.5，单晶金刚石衬底1温度为850-1050℃。进一步的，i型碳化硅层的厚度为1-100nm，缺陷密度小于1010cm-2。进一步的，p型硼高掺杂金刚石层为硼掺杂层，掺杂浓度NA>1019cm-3，厚度为1-10μm。进一步的，n型磷高掺杂金刚石层为磷掺杂层，掺杂浓度ND>1019cm-3，厚度为0.1-2μm。进一步的，单晶金刚石衬底为本征或者轻掺杂或者重掺杂。本专利技术采用的第二种技术方案是，一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED的制作方法，首先，采用MPCVD方法在单晶金刚石衬底上依次生长p型硼高掺杂金刚石层，i型碳化硅层和n型磷高掺杂金刚石层；然后，利用ICP技术对n型磷高掺杂金刚石层、i型碳化硅层进行区域刻蚀，暴露出p型硼高掺杂金刚石层；再在暴露出的p型硼高掺杂金刚石层以及n型磷高掺杂金刚石层上分别淀积欧姆接触电极和保护金属；其中，外延生长i型碳化硅层的生长条件为：选用气体CH4、H2和SiH4，气压为100-130Torr，气体流量为500sccm，CH4与H2的体积比为0.01％-10％，SiH4与CH4的体积比为0.5-1.5，单晶金刚石衬底温度为850-1050℃。进一步的，外延生长i型碳化硅层的生长条件为：选用气体为CH4,H2和SiH4,气压均为100Torr，气体流量均为500sccm，CH4/H2＝0.01％，SiH4/CH4＝1，单晶金刚石衬底温度为900℃。进一步的，采用MPCVD方法在该衬底表面外延生长p型硼高掺杂金刚石层的生长条件为：选用气体CH4、H2和TMB，气压均为100Torr，气体流量均为500sccm，CH4与H2的体积比为0.01％，TMB与CH4的体积比为80ppm，单晶金刚石衬底的温度为950℃，最终得到的掺杂浓度为1019cm-3。进一步的，采用MPCVD方法在i型碳化硅层上外延生长n型磷高掺杂金刚石层的生长条件为：选用气体CH4、H2和PH3，气压均为100Torr，气体流量均为500sccm，CH4与H2的体积比为0.05％，PH3与CH4的体积比为300ppm，单晶金刚石衬底温度为850℃，掺杂浓度为1019cm-3。本专利技术具有以下有益效果：提供一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED及其制作方法，利用碳化硅作有源层，略微改变了发光波长，从而减少n型磷高掺杂金刚石层对光的吸收，同时异质结的存在能够在有源层形成载流子堆积，提高了发光效率。此外，金刚石材料具有优异的导热性能，可以改善器件的散热性能，提高晶体质量，减少窗口材料吸收，提高发光效率。【附图说明】图1是本专利技术实施例中准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED的示意图。其中，1.单晶金刚石衬底；2.p型硼高掺杂金刚石层；3.i型碳化硅层；4.n型磷高掺杂金刚石层，5.欧姆接触电极，6.保护金属层。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的结构原理和工作原理做进一步说明。本专利技术提供了一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED，包括依次层叠设置的单晶金刚石衬底1和p型硼高掺杂金刚石层2，p型硼高掺杂金刚石层2上方依次设置有i型碳化硅层3、n型磷高掺杂金刚石层4、欧姆接触电极5和保护金属层6，p型硼高掺杂金刚石层2上方还依次设置有欧姆接触电极5和保护金属层6。i型碳化硅层3的厚度为1-100nm，缺陷密度小于1010cm-2。i层碳化硅3是LED的有源层，通过MPCVD技术外延生长实现，反应气体变为甲烷、氢气和硅烷，厚度为1-100nm，并且缺陷密度小于1010cm-2。p型硼高掺杂金刚石层2为硼掺杂，通过MPCVD技术外延生长实现，反应气体采用甲烷、氢气和三甲基硼(TMB)，掺杂浓度大于1019cm-3，厚度为1-10μm。n型磷高掺杂金刚石层4为磷掺杂，通过MPCVD外延技术获得，掺杂浓度大于1019cm-3，厚度为0.1-2μm。欧姆接触电极5采用钛、钨为Ti或W等能与金刚石形成碳化物或固溶体的金属，淀积在金刚石表面后，通过高温退火形成良好的欧姆接触。为了防止氧化，在欧姆电极层上淀积保护金属金6，保护金属层6可以采用Au,Pd,Pt等惰性金属，用于防止欧姆接触电极5氧化，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种准垂直结构p‑金刚石/i‑SiC/n‑金刚石LED，其特征在于，包括依次层叠设置的单晶金刚石衬底(1)和p型硼高掺杂金刚石层(2)，所述p型硼高掺杂金刚石层(2)上方依次设置有i型碳化硅层(3)、n型磷高掺杂金刚石层(4)、欧姆接触电极(5)和保护金属层(6)，所述p型硼高掺杂金刚石层(2)上方还依次设置有欧姆接触电极(5)和保护金属层(6)。

【技术特征摘要】
1.一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED，其特征在于，包括依次层叠设置的单晶金刚石衬底(1)和p型硼高掺杂金刚石层(2)，所述p型硼高掺杂金刚石层(2)上方依次设置有i型碳化硅层(3)、n型磷高掺杂金刚石层(4)、欧姆接触电极(5)和保护金属层(6)，所述p型硼高掺杂金刚石层(2)上方还依次设置有欧姆接触电极(5)和保护金属层(6)。2.如权利要求1所述的一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED，其特征在于，所述i型碳化硅层(3)生长于单晶金刚石衬底(1)上的生长条件为：选用气体CH4、H2和SiH4，气压为100-130Torr，气体流量为500sccm，CH4与H2的体积比为0.01％-10％，SiH4与CH4的体积比为0.5-1.5，单晶金刚石衬底1温度为850-1050℃。3.如权利要求2所述的一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED，其特征在于，所述i型碳化硅层(3)的厚度为1-100nm，缺陷密度小于1010cm-2。4.如权利要求1-3中任意一项所述的一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED，其特征在于，所述p型硼高掺杂金刚石层(2)为硼掺杂层，掺杂浓度NA>1019cm-3，厚度为1-10μm。5.如权利要求1-3中任意一项所述的一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED，其特征在于，所述n型磷高掺杂金刚石层(4)为磷掺杂层，掺杂浓度ND>1019cm-3，厚度为0.1-2μm。6.如权利要求1-3中任意一项所述的一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED，其特征在于，所述单晶金刚石衬底(1)为本征或者轻掺杂或者重掺杂。7.一种准垂直结构p-金刚石/i-SiC/n-金刚石LED的制作方法，其特征在于，首先，采用MPC...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏兴，刘璋成，赵丹，张明辉，王玮，问峰，卜忍安，侯洵，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61