深紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管技术

本发明专利技术公开了一种深紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管，涉及半导体光电器件领域。深紫外发光二极管外延片包括衬底和依次设于衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和欧姆接触层，所述欧姆接触层包括依次层叠的第一子层和第二子层；其中，所述第一子层为超晶格结构，其周期数为3

【技术实现步骤摘要】
深紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种深紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管。

技术介绍

[0002]紫外发光二极管（UVLED）在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、计算机数据存储和军事等方面有着广阔的市场应用前景。外延片是发光二极管的主要构成部分，外延片生长中欧姆接触层对发光二极管的发光效率和工作电压有最直接的影响。欧姆接触层采用Mg作为P型掺杂，其激活能高，激活效率不到1%，低的空穴浓度使其很难形成欧姆接触。深紫外LED主要采用AlGaN作为主要生长材料，高Al组分的AlGaN材料禁带宽度大，施主/受主能级深，尤其是P型掺杂的Mg，其激活能更大，因此空穴浓度和载流子的迁移率都非常低，导致发光效率低。
[0003]现阶段常用的方法是用高Mg掺杂的AlGaN或AlInGaN结构作为欧姆接触层，但是高的Mg掺杂会带来表面平整度的下降，并且对Mg的激活和空穴增加也有限，发光效率不高。并且，由于深紫外高的Al含量，导致原子的迁移率和载流子的迁移率都非常低，所以会有欧姆接触不够、工作电压高的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种深紫外发光二极管外延片及其制备方法，其可提升深紫外发光二极管的发光效率，降低工作电压。
[0005]本专利技术还要解决的技术问题在于，提供一种深紫外发光二极管，其发光效率高、工作电压低。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术公开了一种深紫外发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和欧姆接触层；所述欧姆接触层包括依次层叠的第一子层和第二子层；其中，所述第一子层为超晶格结构，其周期数为3
‑
10，每个周期均包括依次层叠的MgGaN层和SiAlGaN层，所述第二子层包括MgAlGaN层；所述MgGaN层中Mg的掺杂浓度≥8
×
10
19
cm
‑3。
[0007]作为上述技术方案的改进，单个所述MgGaN层的厚度为3nm
‑
10nm；单个所述SiAlGaN层的厚度为0.1nm
‑
3nm；所述MgAlGaN层的厚度为5nm
‑
100nm。
[0008]作为上述技术方案的改进，所述MgGaN层中Mg的掺杂浓度为5
×
10
19
cm
‑3‑5×
10
20
cm
‑3；所述SiAlGaN层中Si的掺杂浓度为1
×
10
16
cm
‑3‑1×
10
18
cm
‑3，Al的掺杂浓度为1
×
105cm
‑3‑1×
107cm
‑3；所述MgAlGaN层中Mg的掺杂浓度为5
×
10
19
cm
‑3‑8×
10
20
cm
‑3，Al的掺杂浓度为1
×
105cm
‑3‑1×
107cm
‑3。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述第二子层还包括MgInN层，其设于所述第一子层和所述MgAlGaN层之间。
[0010]作为上述技术方案的改进，所述MgInN层中Mg的掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3‑1×
10
19
cm
‑3，In的掺杂浓度为1
×
104cm
‑3‑1×
106cm
‑3，厚度为0.1nm
‑
30nm。
[0011]作为上述技术方案的改进，所述第二子层为超晶格结构，其周期数为3
‑
10，每个周期均包括依次层叠的MgInN层和MgAlGaN层；单个所述MgInN层的厚度为0.1nm
‑
3nm，单个所述MgAlGaN层的厚度为3nm
‑
10nm。
[0012]相应的，本专利技术还公开了一种深紫外发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的深紫外发光二极管外延片，其包括：提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和欧姆接触层；所述欧姆接触层包括依次层叠的第一子层和第二子层；其中，所述第一子层为超晶格结构，其周期数为3
‑
10，每个周期均包括依次层叠的MgGaN层和SiAlGaN层，所述第二子层包括MgAlGaN层；所述MgGaN层中Mg的掺杂浓度≥8
×
10
19
cm
‑3。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述MgGaN层的生长温度为1000℃
‑
1200℃，生长压力为100torr
‑
300torr；所述SiAlGaN层的生长温度为1000℃
‑
1200℃，生长压力为100torr
‑
300torr；所述MgAlGaN层的生长温度为1000℃
‑
1200℃，生长压力为100torr
‑
300torr。
[0014]作为上述技术方案的改进，所述第二子层还包括MgInN层，所述MgInN层的生长温度为800℃
‑
900℃，生长压力为100torr
‑
300torr。
[0015]相应的，本专利技术还公开了一种深紫外发光二极管，其包括上述的深紫外发光二极管外延片。
[0016]实施本专利技术，具有如下有益效果：1. 本专利技术的深紫外发光二极管外延片中，欧姆接触层包括依次层叠的第一子层和第二子层。其中，第一子层为MgGaN层和SiAlGaN层交替层叠形成的超晶格结构。超晶格材料产生极化电场，受极化电场诱导的能带弯曲能够降低受主层级，使得发光二极管具有优越的电流
‑
电压特性，降低工作电压。另一方面，Si的电负性比Ga原子大，Mg的电负性比Ga原子小，Si掺杂周围的电荷密度明显减小，同时Mg掺杂周围的电荷密度增加，导致Mg和Si共掺杂超晶格内电场及能带弯曲增大，所以Mg/Si共掺杂的超晶格结构极大的增强了Mg原子的激活，增加了空穴浓度。此外，异质超晶格间产生二维空穴气，增加了载流子的迁移率，从而增加发光效率。
[0017]2. 本专利技术的深紫外发光二极管外延片中，第二子层为依次层叠的MgInN层和MgAlGaN层，In
‑
N键不稳定，InN一部分用作催化剂，降低P型掺杂的激活能，增加MgGaN层和MgAlGaN层中Mg的激活，提高空穴浓度，提高发光效率；In原子可降低AlGaN材料的表面能，增加原子的扩散，提高Al原本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深紫外发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和欧姆接触层；其特征在于，所述欧姆接触层包括依次层叠的第一子层和第二子层；其中，所述第一子层为超晶格结构，其周期数为3
‑
10，每个周期均包括依次层叠的MgGaN层和SiAlGaN层，所述第二子层包括MgAlGaN层；所述MgGaN层中Mg的掺杂浓度≥8
×
10
19
cm
‑3。2.如权利要求1所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，单个所述MgGaN层的厚度为3nm
‑
10nm；单个所述SiAlGaN层的厚度为0.1nm
‑
3nm；所述MgAlGaN层的厚度为5nm
‑
100nm。3.如权利要求1所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述MgGaN层中Mg的掺杂浓度为1
×
10
20
cm
‑3‑5×
10
20
cm
‑3；所述SiAlGaN层中Si的掺杂浓度为1
×
10
16
cm
‑3‑1×
10
18
cm
‑3，Al的掺杂浓度为1
×
105cm
‑3‑1×
107cm
‑3；所述MgAlGaN层中Mg的掺杂浓度为5
×
10
19
cm
‑3‑8×
10
20
cm
‑3，Al的掺杂浓度为1
×
105cm
‑3‑1×
107cm
‑3。4.如权利要求1至3任一项所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子层还包括MgInN层，其设于所述第一子层和所述MgAlGaN层之间。5.如权利要求4所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述MgInN层中Mg的掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3‑1×
10
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彩霞，印从飞，程金连，刘春杨，胡加辉，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：