【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构及制备方法，属于半导体光电二极管。
技术介绍
1、具有体积小、能耗低、寿命长以及安全性高等优点的algan基深紫外发光二极管(duv leds)在光学通讯、杀菌消毒、空气水源净化、固态照明等领域有着巨大的发展潜力以及应用市场。
2、在过去的十几年中，尽管led在应用方面取得了较大的突破，algan基深紫外发光二极管也已经被部分投入商用，但依旧存在着许多亟待解决的问题，这些问题严重制约了led器件的进一步推广。目前，algan基深紫外led面临的主要问题是相对较低的外量子效率(eqe)，大部分的led器件eqe小于10％，这远低于氮化物蓝光led的84.3％。同时，随着led光输出功率需求的增大，工作电流密度也会相应增加，随之而来的效率下降效应也会进一步地影响光输出功率。这主要是由于电子和空穴的有效质量相差较大，空穴和电子在algan中的迁移能力有着较大区别，其中电子的迁移率远大于空穴的迁移率，降低了空穴的注入效率；另外，对于高al组分的algan材料，随着algan中al组分的提高，mg受主的激活能明显增大同时p型掺杂会变得相对困难，因此p型区的空穴浓度往往会小于n型区的电子浓度，这会加剧电子和空穴在器件中的输运不平衡。载流子的输运不平衡会使得电子泄露到p型区中，与p型区的空穴发生非辐射复合，降低了有源区的辐射复合率，进一步减弱了空穴的注入效率。较低的空穴注入效率难以实现较高的光输出功率同时还会导致严重的效率droop效应。
3、基于上述分析，有必要
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构及制备方法，该结构的引入可以提高空穴的动能，增大空穴的注入；并且对该结构的al组分进行优化，减小电子阻挡层和空穴注入层之间的价带偏移量，减弱空穴阻挡作用。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构，包括从下至上包括衬底、缓冲层和n型半导体电子注入层，n型半导体电子注入层一侧上方依次包括多量子阱有源区、p型algan电子阻挡层、p型algan插入层、n型algan插入层、p型半导体空穴注入层、p型接触层和p型电极，n型半导体电子注入层另一侧上方设有n型电极；
4、p型algan插入层、n型algan插入层的al组分百分数均高于p型algan空穴注入层，低于p型algan电子阻挡层。p型algan插入层、n型algan插入层的al组分可以相同，也可以不同，只有保证其al组分百分数均高于p型algan空穴注入层，低于p型algan电子阻挡层即可。
5、优选的，p型algan插入层、n型algan插入层的掺杂浓度均为1×1017cm-3～4×1017cm-3，厚度为2nm～10nm；优选的，掺杂浓度均为2×1017cm-3，厚度均为5nm。
6、优选的，衬底的材质为蓝宝石、碳化硅(sic)、氮化铝(aln)、氮化镓(gan)或硅(si)中的一种。
7、一般地，对于高al组分的algan材料，mg受主的激活能随着al组分的增加而线性增大，使得激活效率变低而难以制备处高空穴浓度的高al组分的algan基深紫外led，载流子的注入效率受到抑制；另外，有源区与空穴注入层之间会外延生长一层高al组分的algan层，以抑制电子泄露，但是高al组分的电子阻挡层与空穴注入层之间存在有较大的价带偏移，很多载流子无法翻越这一较大界面势垒，而被反弹回p型空穴注入层中，严重影响了有源区中的载流子浓度和分布，使得深紫外led的光输出功率降低，限制了algan基深紫外led的进一步商业化发展。
8、本专利技术所要解决的主要问题是提供一种深紫外发光二极管及其制备方法实现空穴加速，解决因空穴动能过小导致的载流子注入效率不足的问题；次要问题是提供一种深紫外发光二极管及其制备方法引入电流扩展层，通过增大横向电流扩展来减小duv led工作中的因焦耳热效应带来的器件损伤和能量损耗。
9、本专利技术在电子阻挡层和空穴注入层之间外延生长一个复合插入层，该复合插入层沿外延方向分别为p型algan插入层和n型algan插入层。该技术可以使电子阻挡层和空穴注入层之间产生沿[000-1]方向的内建电场，实现空穴加速增大空穴动能以增加空穴的注入，并且可以通过调节插入层的al组分，减弱电子阻挡层和空穴注入层间的价带偏移，减弱电子阻挡层对空穴的阻挡作用，进一步增加空穴的注入效率，以达到获得高外量子效率和光功率。
10、一种上述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构的制备方法，包括如下步骤：
11、(1)在mocvd的反应室中，在蓝宝石衬底表面生长aln缓冲层；
12、(2)在mocvd的反应室中，在步骤(1)的缓冲层上接着生长n型半导体电子注入层，其材料为algan材料，并通过引入si掺杂形成n型半导体；
13、(3)在mocvd的反应室中，在步骤(2)的n型半导体电子注入层上交替生长almga1-mn势垒层与alnga1-nn势阱层，形成多量子阱有源区，其中势垒层中al组分m应大于势阱层中al组分n；
14、(4)在mocvd的反应室中，在步骤(3)的由周期性势垒层和势阱层组成的多量子阱有源区上接着生长algan电子阻挡层，并通过引入mg杂质进行p型掺杂，形成p型algan电子阻挡层；
15、(5)在mocvd的反应室中，在步骤(4)的p型algan电子阻挡层表面生长一algan薄层，并引入mg杂质进行p型掺杂，形成p型algan插入层；
16、(6)在mocvd的反应室中，在步骤(4)得到的p型algan插入层表面接着生长一个相同厚度的algan薄层，并引入si掺杂进行n型掺杂，形成n型algan插入层；
17、(7)在mocvd的反应室中，在步骤(6)中得到的n型algan插入层的表面接着生长p型algan空穴注入层，并通过引入mg杂质进行p型掺杂；
18、(8)在mocvd的反应室中，在步骤(7)中得到的p型algan空穴注入层的表面接着生长p型接触层，其材料为gan，并通过引入mg杂质进行p型重掺杂；
19、(9)接着通过光刻、刻蚀等步骤刻蚀出algan基深紫外发光二极管的台面，并暴露出一部分的n型半导体电子注入层，然后通过光刻、电子束蒸发等工艺制作p型电极以及n型电极。
20、优选的，在mocvd生长工艺中，在800℃的生长温度下，将三甲基镓或三乙基镓作为镓源，将三甲基铝作为铝源；将氨气作为氮源，将硅烷作为si杂质源，将二茂镁作为mg杂质源。
21、优选的，步骤(2)中，n型半导体电子注入层的algan材本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构，其特征在于，从下至上包括衬底、缓冲层和n型半导体电子注入层，n型半导体电子注入层一侧上方依次包括多量子阱有源区、p型AlGaN电子阻挡层、p型AlGaN插入层、n型AlGaN插入层、p型半导体空穴注入层、p型接触层和p型电极，n型半导体电子注入层另一侧上方设有n型电极；
2.根据权利要求1所述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构，其特征在于，p型AlGaN插入层、n型AlGaN插入层的掺杂浓度均为1×1017cm-3～4×1017cm-3，厚度为2nm～10nm；优选的，掺杂浓度均2×1017cm-3，厚度均为5nm。
3.根据权利要求1所述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构，其特征在于，衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、氮化铝、氮化镓或硅中的一种。
4.一种权利要求3所述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构的制备方法，其特征在于，在MOCVD生长工艺中，在800℃的生长温度下
6.根据权利要求5所述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，n型半导体电子注入层的AlGaN材料的Al组分的取值范围为：0％～100％，掺杂浓度为6×1018～9×1018cm-3，厚度为3.5μm～4.5μm；
7.根据权利要求5所述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，有源区中势垒层Al组分百分数m为50％～100％，优选为57％，势阱层的Al组分百分数为0％～m％，优选为45％。
8.根据权利要求7所述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，p型AlGaN电子阻挡层的Al组分为60％～100％，厚度为5～10nm；
9.根据权利要求8所述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构的制备方法，其特征在于，步骤(7)中，p型AlGaN空穴注入层的厚度为45nm～55nm，掺杂浓度为1×1017cm-3～3×1017cm-3；
10.根据权利要求9述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构的制备方法，其特征在于，p型AlGaN空穴注入层的Al组分为35％～45％，优选为40％。
...【技术特征摘要】
1.一种实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构，其特征在于，从下至上包括衬底、缓冲层和n型半导体电子注入层，n型半导体电子注入层一侧上方依次包括多量子阱有源区、p型algan电子阻挡层、p型algan插入层、n型algan插入层、p型半导体空穴注入层、p型接触层和p型电极，n型半导体电子注入层另一侧上方设有n型电极；
2.根据权利要求1所述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构，其特征在于，p型algan插入层、n型algan插入层的掺杂浓度均为1×1017cm-3～4×1017cm-3，厚度为2nm～10nm；优选的，掺杂浓度均2×1017cm-3，厚度均为5nm。
3.根据权利要求1所述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构，其特征在于，衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、氮化铝、氮化镓或硅中的一种。
4.一种权利要求3所述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的实现空穴加速的深紫外发光二极管器件结构的制备方法，其特征在于，在mocvd生长工艺中，在800℃的生长温度下，将三甲基镓或三乙基镓作为镓源，将三甲基铝作为铝源；将氨气作为氮源，将硅烷作为si杂质源，将二...
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