【技术实现步骤摘要】
一种铝镓氮基紫外发光二极管外延层结构及其制备方法
[0001]本专利技术涉及一种紫外二极管外延层结构及其制备方法，特别是一种铝镓氮基紫外发光二极管外延层结构及其制备方法。
技术介绍
[0002]铝氮镓(AlGaN)基半导体材料是直接带隙宽禁带半导体材料，在空气净化、生物医疗、国防工业等领域具有广泛的应用前景，是得到高质量紫外LED的关键性基础材料。三元化合物Al
x
Ga1‑
x
N的能带隙可以通过改变Al组分x进行调节，使其对应的波长在200～365nm之间连续可调。
[0003]但是，与基于氮化镓(GaN)的蓝绿光LED不同，随着发光波长的变短，即铝组分的增加，高质量AlGaN材料的制备也越来越困难。这一方面源于高铝组分的AlGaN薄膜与衬底之间较大的晶格失配使得薄膜中各种缺陷密度越来越高，另一方面是由于铝组分增加后AlGaN的掺杂和激活变得越来越困难，导致欧姆接触变差，工作电压升高。其结果就是目前AlGaN基紫外LED无论在内外量子效率还是发光功率上与GaN基蓝光LED相比均差距巨大。
[0004]当前，紫外LED外延生长所面临的最大问题是AlGaN基薄膜内部的各种缺陷密度过高，掺杂困难，发光效率普遍较低，并且电压普遍较高，因此严重阻碍了AlGaN基薄膜晶体质量的提高和其在紫外LED器件上的应用，如何提高AlGaN材料的外延质量，降低掺杂难度，提高载流子注入效率，提高紫外LED的出光效率是当下研究的重点。
技术实现思路
[0005]针对上述现有技术...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种铝镓氮基紫外发光二极管外延层结构，其特征在于，包括由下至上依次叠置的蓝宝石衬底、成核层、Al
x1
Ga1‑
x1
N过渡层、Al
x2
Ga1‑
x2
N缓冲层、Al
x3
Ga1‑
x3
N缓冲层、Al
x4
Ga1‑
x4
N缓冲层、n型Al
x5
Ga1‑
x5
N层、Al
x6
Ga1‑
x6
N/Al
x7
Ga1‑
x7
N多量子阱层、p型Al
x8
Ga1‑
x8
N电子阻挡层、p型Al
x9
Ga1‑
x9
N层、p型Al
x10
Ga1‑
x10
N层和p型Al
x11
Ga1‑
x11
N层，所述Al
x1
Ga1‑
x1
N过渡层远离所述蓝宝石衬底的一面均匀设置有纳米级凹腔结构，0＜x1≤x2＜x3≤x4≤x5＜1，0＜x11＜x10≤x9≤x8＜1，0＜x7＜x5≤x6＜1，x9≤x5。2.根据权利要求1所述的铝镓氮基紫外发光二极管外延层结构，其特征在于，所述凹腔结构的纵向截面深度为1～5nm，相邻的所述凹腔结构的几何中心间距为3～5nm，所述凹腔结构的顶面最大开口距离为3～5nm。3.根据权利要求1所述的铝镓氮基紫外发光二极管外延层结构，其特征在于，所述凹腔结构为上大下小的倒圆锥形凹腔、上大下小的倒棱锥凹腔、上大下小的倒锥台凹腔或六棱柱凹腔。4.根据权利要求2所述的铝镓氮基紫外发光二极管外延层结构，其特征在于，所述蓝宝石衬底为双面抛光的C面、R面、A面、M面晶体中的任意一种，所述蓝宝石衬底朝向所述成核层的一面均匀设置有纳米级凸结构。5.根据权利要求4所述的铝镓氮基紫外发光二极管外延层结构，其特征在于，所述纳米级凸结构的底部最大宽度为10～100nm，所述纳米级凸结构的几何中心间距为10～100nm，所述纳米级凸结构的高度为10～100nm。6.根据权利要求1所述的铝镓氮基紫外发光二极管外延层结构，其特征在于，所述成核层的厚度为5～100nm，所述成核层的材料为GaN、AlN、InN、AlGaN、AlInN、InGaN、AlInGaN中的任意一种。7.根据权利要求1所述的铝镓氮基紫外发光二极管外延层结构，其特征在于，所述Al
x1
Ga1‑
x1
N过渡层的厚度为500～1500nm，所述Al
x2
Ga1‑
x2
N缓冲层的厚度为10～2000nm，所述Al
x3
Ga1‑
x3
N缓冲层的厚度为10～1000nm，所述Al
x4
Ga1‑
x4
N缓冲层的厚度为10～500nm，所述n型Al
x5
Ga1‑
x5
N层的厚度为100～1500nm，所述Al
x6
Ga1‑
x6
N/Al
x7
Ga1‑
x7
N多量子阱层的周期数为1～20对，每层Al
x6
Ga1‑
x6
N的厚度为1～5nm，每层Al
x7
Ga1‑
x7
N的厚度为1～3nm，所述p型Al
x8
Ga1‑
x8
N电子阻挡层的厚度为10～100nm，所述p型Al
x8
Ga1‑
x8
N电子阻挡层的掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
19
cm
‑3，在所述p型Al
x9
Ga1‑
x9
N层的厚度为10～200nm，所述p型Al
x9
Ga1‑
x9
N层的掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
20
cm
‑3，所述p型Al
x10
Ga1‑
x10
N层的厚度为10～500nm，所述p型Al
x10
Ga1‑
x10
N层的掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
20
cm
‑3，所述p型Al
x11
Ga1‑
x11
N层的厚度为10～1000nm，所述p型Al
x11
Ga1‑
x11
N层的掺杂浓度为1
×
10
19
～1
×
10
20
cm
‑3。8.一种铝镓氮基紫外发光二极管外延层结构的制备方法，其特征在于，采用MOCVD设备进行材料生长，包括以下步骤：(1)对蓝宝石衬底进行预处理；(2)在所述蓝宝石衬底上生长成核层；(3)在所述成核层上生长一层Al
x1
Ga1‑
x1
N过渡层，生长过程中III族前驱物为三甲基镓和三甲基铝，V族前驱物为氨气，载气为氮气；(4)中断生长，取出外延片半成品，在所述Al
x1
Ga1‑
x1
N过渡层远离所述蓝宝石衬底的一面上通过采用纳米压印或者激光刻蚀制备均匀分布的纳米级凹腔结构；
(5)清洗步骤(4)后得到的外延片半成品，在所述Al
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Ga1‑
x1
N过渡层上生长Al
x2
Ga1‑
x2
N缓冲层，生长过程中III族前驱物为三甲基镓和三甲基铝，V族前驱物为氨气，载气为氮气；(6)在所述Al
x2
Ga1‑
x2
N缓冲层上生长Al
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Ga1‑
x3
N缓冲层，生长过程中III族前驱物为三甲基镓和三乙基铝，V...
【专利技术属性】
技术研发人员：王书昶，娄祎祎，刘玉申，丁恒，姜文琪，牛信睿，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：
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