一种深紫外半导体器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种深紫外半导体器件及其制作方法。所述深紫外半导体器件包括沿设定方向依次设置的n型AlGaN层、多量子阱结构、电子阻挡层及p型GaN层，所述电子阻挡层包括具有渐变超晶格结构的p型AlxGa1‑xN，0≤x＜1，所述渐变超晶格结构包括交替层叠的复数个超晶格势垒层和复数个超晶格势阱层，并且沿着所述选定方向，第一个超晶格势垒层至最后一个超晶格势垒层内的Al组分含量逐级递减至0，第一个超晶格势阱层至最后一个超晶格势阱层内的Al组分含量逐级递减至0。本发明专利技术的渐变超晶格结构可对能带进行调制，缓解由于高的激活能引起的P型掺杂效率低的问题，将电子有效地限制在量子阱里，降低空穴向量子阱注入的阻碍势垒，提高深紫外LED器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种深紫外半导体器件及其制作方法
本专利技术涉及一种半导体器件，特别是涉及一种基于渐变超晶格结构电子阻挡层的深紫外半导体器件及其制作方法，属于半导体器件

技术介绍
基于AlGaN材料的紫外LED根据波长和功率的不同，有着不同的应用领域，比如：医疗、光刻、净化、防伪、检测等等。AlGaN基紫外LED相对于传统汞光源，有节能环保、低工作电压、工作寿命长等优势。但是与其他波段的LED相比，紫外LED的效率比较低，尤其是波长小于360nm的深紫外LED的外量子效率大多低于10％。目前造成深紫外LED效率低的主要原因有：外延生长的AlGaN晶体质量不高、极化导致量子阱中电子和空穴发生空间上的分离、AlGaN中Mg高的激活能使得P型掺杂效率低、紫外LED的光提取效率低等等。其中AlGaN材料p型掺杂效率低严重制约了深紫外LED性能的提升。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种深紫外半导体器件及其制作方法，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种深紫外半导体器件，包括沿设定方向依次设置的n型AlGaN层、多量子阱结构、电子阻挡层(EBL)及p型GaN层，所述电子阻挡层包括具有渐变超晶格结构的p型AlxGa1-xN，0≤x＜1，所述渐变超晶格结构包括交替层叠的复数个超晶格势垒层和复数个超晶格势阱层，并且沿着所述选定方向，第一个超晶格势垒层至最后一个超晶格势垒层内的Al组分含量逐级递减至0，第一个超晶格势阱层至最后一个超晶格势阱层内的Al组分含量逐级递减至0。作为优选方案之一，所述深紫外半导体器件包括沿设定方向依次设置的AlN缓冲层、本征AlGaN层、n型AlGaN层、多量子阱结构、电子阻挡层及p型GaN层。作为优选方案之一，在所述渐变超晶格结构中，沿着所述的选定方向，奇数层为超晶格势垒层，偶数层为超晶格势阱层。本专利技术实施例还提供了一种深紫外半导体器件的制作方法，其包括：在衬底表面形成AlN缓冲层；在所述AlN缓冲层表面形成本征AlGaN层；在所述本征AlGaN层表面形成n型AlGaN层；在所述n型AlGaN层表面形成多量子阱结构；在所述多量子阱结构表面形成电子阻挡层；以及在所述电子阻挡层表面形成p型GaN层；其中，所述电子阻挡层包括具有渐变超晶格结构的p型AlxGa1-xN，0≤x＜1，所述渐变超晶格结构包括交替层叠的复数个超晶格势垒层和复数个超晶格势阱层，并且沿着所述选定方向，第一个超晶格势垒层至最后一个超晶格势垒层内的Al组分含量逐级递减至0，第一个超晶格势阱层至最后一个超晶格势阱层内的Al组分含量逐级递减至0。作为优选方案之一，在所述渐变超晶格结构中，沿着所述的选定方向，奇数层为超晶格势垒层，偶数层为超晶格势阱层。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：本专利技术在传统的深紫外LED外延结构的基础上，用渐变超晶格结构的p型AlGaN取代传统的Al组分均匀的p型AlGaN作为电子阻挡层，一方面这种结构可以对能带进行调制，缓解由于高的激活能引起的P型掺杂效率低的问题，提高p型AlGaN中空穴的浓度，降低电阻率，降低开启电压；另一方面这种渐变超晶格结构削弱了由于极化引起的异质界面能带严重倾斜，这样既可以将电子有效地限制在量子阱里，也可以降低空穴向量子阱注入的阻碍势垒，使得更多的空穴注入到量子阱里；最终提高深紫外LED器件的性能。附图说明图1是本专利技术一典型实施例中深紫外半导体器件的结构示意图。图2是本专利技术一典型实施例中深紫外半导体器件的外延结构中Al组分的含量示意图。图3a是以现有技术中Al组分均匀的p型AlGaN作电子阻挡层的深紫外LED器件在100A/cm2电流下的能带图。图3b是以本专利技术一典型实施例中以渐变超晶格结构的p型AlGaN作电子阻挡层的深紫外LED器件在100A/cm2电流下的能带图。图4是分别以Al组分均匀的p型AlGaN、渐变超晶格结构的p型AlGaN作电子阻挡层的深紫外LED器件的I-V曲线图。图5是分别以Al组分均匀的p型AlGaN、渐变超晶格结构的p型AlGaN作电子阻挡层的深紫外LED器件的输出功率曲线图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。但是，应当理解，在本专利技术范围内，本专利技术的各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。本专利技术实施例的一个方面提供了一种深紫外半导体器件，包括沿设定方向依次设置的n型AlGaN层、多量子阱结构(MQW)、电子阻挡层(EBL)及p型GaN层，所述电子阻挡层包括具有渐变超晶格结构的p型AlxGa1-xN，0≤x＜1，所述渐变超晶格结构包括交替层叠的复数个超晶格势垒层和复数个超晶格势阱层，并且沿着所述选定方向，第一个超晶格势垒层至最后一个超晶格势垒层内的Al组分含量逐级递减至0，第一个超晶格势阱层至最后一个超晶格势阱层内的Al组分含量逐级递减至0。作为优选方案之一，所述深紫外半导体器件包括沿设定方向依次设置的AlN缓冲层、本征AlGaN层、n型AlGaN层、多量子阱结构、电子阻挡层及p型GaN层。作为优选方案之一，在所述渐变超晶格结构中，沿着所述的选定方向，奇数层为超晶格势垒层，偶数层为超晶格势阱层。进一步的，在第一个超晶格势垒层中，x＝0.6～0.8。进一步的，在第一个超晶格势阱层中，x＝0.5～0.7。在一些实施例中，所述渐变超晶格结构中超晶格势垒层和超晶格势阱层的数量之和为20～40，并且所述超晶格势垒层或超晶格势阱层的厚度为1～5nm。优选的，在所述电子阻挡层中，所述p型AlxGa1-xN是Mg掺杂的。进一步的，所述电子阻挡层的厚度为20～200nm。在一些实施例中，所述多量子阱结构包括AlxGa1-xN，0＜x＜1，所述多量子阱结构包括交替层叠的势垒层和势阱层，周期为3～10。优选的，在所述势阱层中x＝0.3～0.5。优选的，所述势阱层的厚度为2～5nm。优选的，在所述势垒层中x＝0.4～0.6。优选的，所述势垒层的厚度为4～10nm。进一步的，所述n型AlGaN层的厚度为0.5～1μm，优选的，所述n型AlGaN层是Si掺杂的。进一步的，所述p型GaN层的厚度为0.1～0.2μm，优选的，所述p型GaN层是Mg掺杂的。进一步的，所述AlN缓冲层为AlN薄膜材料，其厚度为5～10μm。和/或，所述本征AlGaN层(即非掺杂的AlGaN)的厚度为0.5～1μm。优选的，所述AlN缓冲层设置于衬底表面，所述衬底选自蓝宝石衬底、Al2O3等，但不限于此。优选的，所述深紫外半导体器件包括深紫外LED器件。本专利技术实施例的另一个方面还提供了一种深紫外半导体器件的制作方法，其包括：在衬底表面形成AlN缓冲层；在所述AlN缓冲层表面形成本征AlGaN层；在所述本征AlGaN层表面形成n型AlGaN层；在所述n型AlGaN层表面形成多量子阱结构；在所述多量子阱结构表面形成电子阻挡层；以及在所述电子阻挡层表面形成p型GaN层；其中，所述电子阻挡层包括具有渐变超晶格结构的p型AlxGa1-xN，0≤x＜1，所述渐变超本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深紫外半导体器件，包括沿设定方向依次设置的n型AlGaN层、多量子阱结构、电子阻挡层及p型GaN层，其特征在于：所述电子阻挡层包括具有渐变超晶格结构的p型AlxGa1‑xN，0≤x＜1，所述渐变超晶格结构包括交替层叠的复数个超晶格势垒层和复数个超晶格势阱层，并且沿着所述选定方向，第一个超晶格势垒层至最后一个超晶格势垒层内的Al组分含量逐级递减至0，第一个超晶格势阱层至最后一个超晶格势阱层内的Al组分含量逐级递减至0。

【技术特征摘要】
1.一种深紫外半导体器件，包括沿设定方向依次设置的n型AlGaN层、多量子阱结构、电子阻挡层及p型GaN层，其特征在于：所述电子阻挡层包括具有渐变超晶格结构的p型AlxGa1-xN，0≤x＜1，所述渐变超晶格结构包括交替层叠的复数个超晶格势垒层和复数个超晶格势阱层，并且沿着所述选定方向，第一个超晶格势垒层至最后一个超晶格势垒层内的Al组分含量逐级递减至0，第一个超晶格势阱层至最后一个超晶格势阱层内的Al组分含量逐级递减至0。2.根据权利要求1所述的深紫外半导体器件，其特征在于：所述深紫外半导体器件包括沿设定方向依次设置的AlN缓冲层、本征AlGaN层、n型AlGaN层、多量子阱结构、电子阻挡层及p型GaN层。3.根据权利要求1或2所述的深紫外半导体器件，其特征在于：在所述渐变超晶格结构中，沿着所述的选定方向，奇数层为超晶格势垒层，偶数层为超晶格势阱层。4.根据权利要求1或2所述的深紫外半导体器件，其特征在于：在第一个超晶格势垒层中，x＝0.6～0.8。5.根据权利要求1或2所述的深紫外半导体器件，其特征在于：在第一个超晶格势阱层中，x＝0.5～0.7。6.根据权利要求1或2所述的深紫外半导体器件，其特征在于：所述渐变超晶格结构中超晶格势垒层和超晶格势阱层的数量之和为20～40，并且所述超晶格势垒层或超晶格势阱层的厚度为1～5nm；优选的，在所述电子阻挡层中，所述p型AlxGa1-xN是Mg掺杂的。7.根据权利要求6所述的深紫外半导体器件，其特征在于：所述电子阻挡层的厚度为20～200nm。8.根据权利要求1或2所述的深紫外半导体器件，其特征在于：所述多量子阱结构包括AlxGa1-xN，0＜x＜1，所述多量子阱结构包括交替层叠的势垒层和势阱层，周期为3～10；优选的，在所述势阱层中x＝0.3～0.5；优选的，所述势阱层的厚度为2～5nm；优选的，在所述势垒层中x＝0.4～0.6；优选的，所述势垒层的厚度为4～10nm。9.根据权利要求1所述的深紫外半导体器件，其特征在于：所述n型AlGaN层的厚度为0.5～1μm，优选的，所述n型AlGaN层是Si掺杂的；和/或，所述p型GaN层的厚度为0.1～0.2μm，优选的，所述p型GaN层是Mg掺杂的。10.根据权利要求2所述的深紫外半导体器件，其特征在于：所述AlN缓冲层的厚度为5～10μm；和/或，所述本征AlGaN层的厚度为0.5～1μm；优选的，所述AlN缓冲层设置于衬底表面；优选的，所述衬底选自蓝宝石衬底。11.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，张纪才，王建峰，徐科，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32