阶梯组分YAlN/AlGaN超晶格p型层的高效深紫外发光二极管及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种阶梯组分YAlN/AlGaN超晶格p型层的高效深紫外发光二极管，主要解决现有深紫外发光二极管p型掺杂的Mg离化率小，导致发光效率低的问题。其自下而上包括衬底(1)、成核层(2)、缓冲层(3)、n型层(4)、多量子阱层(5)、电子阻挡层(6)、p型层(7)和欧姆接触层(8)，其中p型层(7)采用三阶阶梯组分YAlN/AlGaN的超晶格，每一阶超晶格的周期数相同，YAlN的厚度相同，Al组分不变，AlGaN的厚度相同，Al组分递减。本发明专利技术能增强极化电场，有效提高Mg掺杂的离化率，提升载流子浓度和器件的发光功率及效率，可用于实现高性能的深紫外发光二极管及深紫外发光设备。二极管及深紫外发光设备。二极管及深紫外发光设备。

【技术实现步骤摘要】
阶梯组分YAlN/AlGaN超晶格p型层的高效深紫外发光二极管及制备方法


[0001]本专利技术属于微电子
，特别涉及一种高效深紫外发光二极管，可用于制作高效率的紫外和深紫外发光设备。
技术背景
[0002]AlGaN三元合金可以在3.43eV和6.11eV之间进行带隙调节，并且适用于 200nm
‑
365nm波长范围的光学器件的制造。在该波长范围内，应用包括灭杀病菌、紫外固化和印刷、光疗和医学应用、光催化剂除臭和材料感测等。迄今为止，这些应用主要采用的是传统汞灯，与汞灯相比，紫外发光二极管具有低成本、小体积、长寿命、稳定性好、安全性高和环保等诸多优点，基于AlGaN的紫外发光二极管未来很有希望成为代替汞灯的新型紫外光源。
[0003]p型掺杂是影响发光二极管效率的重要因素，然而良好的p型掺杂一直都是个难题。 Mg是发光二极管中最常用的p型掺杂剂，Mg在GaN中作为受主掺杂剂的激活能为 200mev，随着带隙增长在AlN中激活能达到了630meV，较高的激活能导致离化率很低。在紫外和深紫外光谱区域，随着AlGaN的Al组分的增加，Mg的离化率大幅降低。目前实现AlGaN中Mg的高效离化是十分困难的，现在的p型AlGaN中空穴浓度普遍较低，一般在10
17
cm
‑3量级左右，较低的空穴浓度抑制了高效率紫外LED的发展，因此为了提升紫外LED的效率，提高空穴浓度是十分必要的。
[0004]目前，常规深紫外发光二极管，其包括衬底、成核层、缓冲层、n型层、多量子阱层、电子阻挡层、p型层、欧姆接触层，如图1所示，其中p型层主要采用均匀掺杂AlGaN 材料。这种器件存在以下三方面缺点：
[0005]一是对于深紫外LED，p型层采用的材料为高Al组分的AlGaN，Mg的激活能很高，离化效率低，从而导致空穴激活效率很低，影响LED的发光效率。
[0006]二是低空穴浓度使电子与空穴更加不平衡，进一步加剧电子泄露，降低器件效率。
[0007]三是对于深紫外LED，p型层采用的材料为高Al组分的AlGaN，而高Al组分的AlGaN 与金属电极形成欧姆接触具有很高的难度，常采用GaN层作为欧姆接触层，而AlGaN与 GaN之间存在较大的晶格失配，层间存在较大应力，晶体质量较差，外延工艺难度较高。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种阶梯组分YAlN/AlGaN超晶格p型层的高效深紫外发光二极管及制作方法，以利用超晶格的极化电场有效提高Mg 掺杂的离化率，提升载流子浓度，减轻电子泄露，有效提升器件发光功率及效率，并通过采用阶梯组分p型层降低外延层中的应力，提高晶体外延质量。
[0009]实现本专利技术目的的技术方案如下：
[0010]1.一种阶梯组分YAlN/AlGaN超晶格p型层的高效深紫外发光二极管，其自下而上包括：衬底、成核层、缓冲层、n型层、多量子阱层、电子阻挡层、p型层、欧姆接触层，其特征在
于：
[0011]所述p型层采用三阶阶梯组分YAlN/AlGaN超晶格，每阶参数如下：
[0012]第一阶超晶格周期数为7
‑
10，每个周期的YAlN材料的Al组分范围为0.6
‑
0.8，厚度为3nm
‑
7nm，每个周期的AlGaN材料的Al组分范围为0.5
‑
0.8，厚度为1nm
‑
4nm；
[0013]第二阶超晶格周期数为7
‑
10，每个周期的YAlN材料的Al组分范围为0.6
‑
0.8，厚度为3nm
‑
7nm，每个周期的AlGaN材料的Al组分范围为0.3
‑
0.5，厚度为1nm
‑
4nm；
[0014]第三阶超晶格周期数为7
‑
10，每个周期的YAlN材料的Al组分范围为0.6
‑
0.8，厚度为3nm
‑
7nm，每个周期的AlGaN材料的Al组分范围为0.1
‑
0.3，厚度为1nm
‑
4nm；
[0015]所述三阶中AlGaN材料的Al组分递减，形成阶梯组分的YAlN/AlGaN超晶格p型层，以有效提升器件发光效率。
[0016]进一步，所述多量子阱层包括五个周期量子阱和量子垒，每个周期的量子阱采用厚度为1.3nm
‑
3nm的AlGaN材料，Al组分为0.4
‑
0.79，每个周期的量子垒采用厚度为7nm
‑
12nm 的AlGaN材料，Al组分为0.5
‑
0.87。
[0017]进一步，所述衬底采用c面蓝宝石材料。
[0018]进一步，所述成核层采用厚度为15nm
‑
35nm的高温AlN材料。
[0019]进一步，所述缓冲层采用厚度为1μm
‑
2μm的AlN材料。
[0020]进一步，所述欧姆接触层采用厚度为10nm
‑
20nm的GaN材料。
[0021]进一步，所述n型层采用厚度为1.5μm
‑
2.5μm的AlGaN材料，Al组分为0.6
‑
0.9。
[0022]进一步，所述电子阻挡层采用厚度为20nm
‑
30nm的AlGaN材料，Al组分为0.65
‑
0.98。
[0023]2.一种阶梯组分YAlN/AlGaN超晶格p型层的高效深紫外发光二极管制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0024]1)对衬底进行清洗及氮化的预处理；
[0025]2)在预处理后的衬底上，利用MOCVD工艺生长15nm
‑
35nm的成核层；
[0026]3)在成核层上，利用MOCVD工艺生长1μm
‑
2μm的缓冲层；
[0027]4)在缓冲层上，利用MOCVD工艺生长1.5μm
‑
2.5μm的n型层；
[0028]5)在n型层上，利用MOCVD工艺生长包括五个周期的量子阱和量子垒的多量子阱层，每个周期的量子阱厚度为1.3nm
‑
3nm，每个周期的量子垒厚度为7nm
‑
12nm；
[0029]6)在多量子阱层上，利用MOCVD工艺生长厚度为20nm
‑
30nm的电子阻挡层；
[0030]7)在电子阻挡层上，利用MOCVD工艺生长Al组分递减的三阶阶梯型YAlN/AlGaN 超晶格p型层：
[0031]7a)利用MOCVD工艺在电子阻挡层上生长周期为7
‑
10的第一阶超晶格，该第一阶超晶格每个周期的YAlN材料的厚度为3nm
‑
7nm，每个周期的AlGaN材料的厚度为1n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阶梯组分YAlN/AlGaN超晶格p型层的高效深紫外发光二极管，其自下而上包括：衬底(1)、成核层(2)、缓冲层(3)、n型层(4)、多量子阱层(5)、电子阻挡层(6)、p型层(7)、欧姆接触层(8)，其特征在于：所述p型层(7)采用三阶阶梯组分YAlN/AlGaN超晶格，每阶参数如下：第一阶超晶格周期数为7
‑
10，每个周期的YAlN材料的Al组分范围为0.6
‑
0.8，厚度为3nm
‑
7nm，每个周期的AlGaN材料的Al组分范围为0.5
‑
0.8，厚度为1nm
‑
4nm；第二阶超晶格周期数为7
‑
10，每个周期的YAlN材料的Al组分范围为0.6
‑
0.8，厚度为3nm
‑
7nm，每个周期的AlGaN材料的Al组分范围为0.3
‑
0.5，厚度为1nm
‑
4nm；第三阶超晶格周期数为7
‑
10，每个周期的YAlN材料的Al组分范围为0.6
‑
0.8，厚度为3nm
‑
7nm，每个周期的AlGaN材料的Al组分范围为0.1
‑
0.3，厚度为1nm
‑
4nm；所述三阶中AlGaN材料的Al组分递减，形成阶梯组分的YAlN/AlGaN超晶格p型层，以有效提升器件发光效率。2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：所述多量子阱层(5)包括五个周期量子阱和量子垒，每个周期的量子阱采用厚度为1.3nm
‑
3nm的AlGaN材料，Al组分为0.4
‑
0.79，每个周期的量子垒采用厚度为7nm
‑
12nm的AlGaN材料，Al组分为0.5
‑
0.87。3.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：所述衬底(1)采用c面蓝宝石材料；所述成核层(2)采用厚度为15nm
‑
35nm的高温AlN材料；所述缓冲层(3)采用厚度为1μm
‑
2μm的AlN材料；所述欧姆接触层(8)采用厚度为10nm
‑
20nm的GaN材料。4.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：所述n型层(4)采用厚度为1.5μm
‑
2.5μm的AlGaN材料，Al组分为0.6
‑
0.9；所述电子阻挡层(6)采用厚度为20nm
‑
30nm的AlGaN材料，Al组分为0.65
‑
0.98。5.一种YAlN/AlGaN超晶格p型层的高效深紫外发光二极管制作方法，其特征在于包括如下步骤：1)对衬底(1)进行清洗及氮化的预处理；2)在预处理后的衬底上，利用MOCVD工艺生长15nm
‑
35nm的成核层(2)；3)在成核层上，利用MOCVD工艺生长1μm
‑
2μm的缓冲层(3)；4)在缓冲层上，利用MOCVD工艺生长1.5μm
‑
2.5μm的n型层(4)；5)在n型层上，利用MOCVD工艺生长包括五个周期的量子阱和量子垒的多量子阱层(5)，每个周期的量子阱厚度为1.3nm
‑
3nm，每个周期的量子垒厚度为7nm
‑
12nm；6)在多量子阱层上，利用MOCVD工艺生长厚度为20nm
‑
30nm的电子阻挡层(6)；7)在电子阻挡层上，利用MOCVD工艺生长Al组分递减的三阶阶梯型YAlN/AlGaN超晶格p型层(7)：7a)利用MOCVD工艺在电子阻挡层上生长周期为7
‑
10的第一阶超晶格，该第一阶超晶格每个周期的YAlN材料的厚度为3nm
‑
7nm，每个周期的AlGaN材料的厚度为1nm
‑
4nm，Al组分范围为0.5
‑
0.8；7b)利用MOCVD工艺在第一阶超晶格上生长周期为7
‑
10的第二阶超晶格，该第二阶超晶格每个周期的YAlN材料的厚度为3nm
‑
7nm，每个周期的AlGaN材料的厚度为1nm
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：许晟瑞，刘旭，卢灏，张涛，张雅超，薛军帅，王心颢，徐爽，贠博祥，高源，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：