【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体材料，特别涉及一种gan量子点掺杂渐变高al组分的p型algan材料及其制备方法。
技术介绍
1、algan材料因为其随着al组分变化有着3.4-6.2ev的带隙，覆盖了210nm-400nm的发光波长，是一种非常适合制作紫外光电子器件的半导体材料，在紫外发光方面有着巨大的应用前景。
2、然而，深紫外algan基led的发展目前还存在着很大的困难，尤其是在250nm以下的远紫外波段，主要体现在随着发光波长降低而呈指数降低的电光转换效率和外量子效率。
3、主要原因为随着al组分增加的algan材料的掺杂不对称性加剧引起的空穴注入效率下降，高al组分的algan材料p型掺杂相较于n型掺杂更加困难，主要原因包括：al组分增加，algan的晶格常数下降，掺杂mg前后的超晶胞的能量差增加，mg受主杂质的形成能增加，mg的溶解度下降；mg的受主激活能几乎随着al组分的增加线性增加；随着al组分的增加，algan材料的晶体质量下降，施主型点缺陷严重补偿了p型掺杂。
4、这些问题使得al组分高于70％的algan的掺杂效率严重下降，目前al组分高于0.7的p型algan材料空穴浓度难以突破10^(18)cm-3，电导率难以小于10ω·cm，相对于低al组分的algan材料其掺杂程度拥有很大的提升空间，如此低的p型掺杂效率严重限制了250nm发光波长以下的深紫外led和ld的发光效率。
技术实现思路
1、鉴于此，有必要针对现有技术存在的高al组分a
2、为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
3、本申请目的之一，提供了一种gan量子点掺杂渐变高al组分的p型algan材料，包括自下至上依次层叠设置的衬底(1)、aln缓冲层(2)、aln/algan超晶格应力释放层(3)、al组分固定的本征algan层(4)、gan量子点渐变al组分p型层(5)及p-gan金属接触层(6)，其中：
4、所述的gan量子点渐变al组分p型层(5)为从下至上依次设计的多层结构，每层材料均为非故意掺杂的alxga1-xn材料，且多层algan材料al组分沿生长方向逐渐减少，相邻不同al组分的algan非故意掺杂层之间为掺杂mg的gan量子点层。
5、在其中一些实施例中，所述衬底(1)的材质为异质衬底材料或同质衬底材料，所述的异质衬底材料为蓝宝石、碳化硅、硅中的任意一种，所述的同质衬底材料为gan或aln。
6、在其中一些实施例中，所述aln缓冲层(2)为al极性面，厚度为1-5μm。
7、在其中一些实施例中，所述aln/algan超晶格应力释放层(3)为阱垒厚度均为10nm的10周期超晶格。
8、在其中一些实施例中，所述的al组分固定的本征algan层(4)为金属极性面，用于标定与表征p型层的界面和厚度。
9、在其中一些实施例中，所述固定al组分本征algan层(4)al组分为0.75，厚度为500nm。
10、在其中一些实施例中，所述gan量子点渐变al组分p型层(5)中al组分从1渐变至0.5，厚度在0.5至1μm之间，gan量子点的直径在0.5-1nm之间，且沿生长方向逐层均匀分布在渐变al组分p型层中。
11、在其中一些实施例中，所述p-gan金属接触层(6)可与金属形成欧姆接触，所述p-gan电极接触层(6)厚度为10-20nm。
12、本申请目的之二，提供一种gan量子点掺杂渐变高al组分的p型algan材料的制备方法，包括下述步骤：
13、在衬底(1)上生长aln缓冲层(2)；
14、在所述aln缓冲层(2)上生长aln/algan超晶格应力释放层(3)；
15、在所述aln/algan超晶格应力释放层(3)上生长al组分固定的本征algan层(4)；
16、在所述的al组分固定的本征algan层(4)上生长所述gan量子点渐变al组分p型层(5)；
17、在所述gan量子点渐变al组分p型层(5)上生长p-gan金属接触层(6)；
18、其中：所述的gan量子点渐变al组分p型层(5)为从下至上依次设计的多层结构，每层材料均为非故意掺杂的alxga1-xn材料，且多层algan材料al组分沿生长方向逐渐减少，相邻不同al组分的algan非故意掺杂层之间为掺杂mg的gan量子点层。
19、在其中一些实施例中，上述步骤中生长外延材料的方法为mocvd。
20、本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：
21、本申请提供的gan量子点掺杂渐变高al组分的p型algan材料及其制备方法，包括自下至上依次层叠设置的衬底(1)、aln缓冲层(2)、aln/algan超晶格应力释放层(3)、al组分固定的本征algan层(4)、gan量子点渐变al组分p型层(5)及p-gan金属接触层(6)，所述的gan量子点渐变al组分p型层(5)为从下至上依次设计的多层结构，每层材料均为非故意掺杂的alxga1-xn材料，且多层algan材料al组分沿生长方向逐渐减少，相邻不同al组分的algan非故意掺杂层之间为掺杂mg的gan量子点层，本专利技术提供的gan量子点掺杂渐变高al组分的p型algan材料能够有效地利用渐变组分结构的自发极化和压电极化效应，产生极化负电荷调制渐变结构的价带带边和费米能级，并且量子点的量子限域效应降低其价带带边使得gan中的杂质能级降低至p型层的费米能级以下，使得量子点中的受主杂质几乎全部激活，有效解决了高al组分algan受主激活能过大的问题。
22、此外，本申请提供的gan量子点掺杂渐变高al组分的p型algan材料及其制备方法，在量子点中掺杂mg能够利用中断气源引起的ga原子脱附以及界面处应力释放等现象，增加mg原子的并入效率，有效解决了高al组分algan受主溶解度过低的问题；量子点掺杂渐变结构能够将掺杂层和非故意掺杂层分离，避免了高浓度杂质引起的离化杂质散射对于空穴载流子迁移率的影响，同时gan量子点结构能够抑制合金散射对于空穴载流子迁移率的影响，增加p型层结构垂直方向上的电导率；且量子点掺杂渐变结构能够产生极化负电荷分布，高密度的束缚极化电荷将诱导具有正电荷的自由载流子在p型层富集，从而提高载流子浓度。
23、另外，本专利技术的gan量子点掺杂渐变高al组分的p型algan材料，通过中断气源和温度调控实现量子点以及渐变组分结构的生长，具有工艺简单，效果显著，应用前景广阔等优点。
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1.一种GaN量子点掺杂渐变高Al组分的p型AlGaN材料，其特征在于，包括自下至上依次层叠设置的衬底(1)、AlN缓冲层(2)、AlN/AlGaN超晶格应力释放层(3)、Al组分固定的本征AlGaN层(4)、GaN量子点渐变Al组分p型层(5)及p-GaN金属接触层(6)，其中：
2.如权利要求1所述的GaN量子点掺杂渐变高Al组分的p型AlGaN材料，其特征在于，所述衬底(1)的材质为异质衬底材料或同质衬底材料，所述的异质衬底材料为蓝宝石、碳化硅、硅中的任意一种，所述的同质衬底材料为GaN或AlN。
3.如权利要求1所述的GaN量子点掺杂渐变高Al组分的p型AlGaN材料，其特征在于，所述AlN缓冲层(2)为Al极性面，厚度为1-5μm。
4.如权利要求1所述的GaN量子点掺杂渐变高Al组分的p型AlGaN材料，其特征在于，所述AlN/AlGaN超晶格应力释放层(3)为阱垒厚度均为10nm的10周期超晶格。
5.如权利要求1所述的GaN量子点掺杂渐变高Al组分的p型AlGaN材料，其特征在于，所述的Al组分固定的本征AlGaN层
6.如权利要求5所述的GaN量子点掺杂渐变高Al组分的p型AlGaN材料，其特征在于，所述固定Al组分本征AlGaN层(4)Al组分为0.75，厚度为500nm。
7.如权利要求1所述的GaN量子点掺杂渐变高Al组分的p型AlGaN材料，其特征在于，所述GaN量子点渐变Al组分p型层(5)中Al组分从1渐变至0.5，厚度在0.5至1μm之间，GaN量子点的直径在0.5-1nm之间，且沿生长方向逐层均匀分布在渐变Al组分p型层中。
8.如权利要求1所述的GaN量子点掺杂渐变高Al组分的p型AlGaN材料，其特征在于，所述p-GaN金属接触层(6)可与金属形成欧姆接触，所述p-GaN电极接触层(6)厚度为10-20nm。
9.一种GaN量子点掺杂渐变高Al组分的p型AlGaN材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
10.如权利要求9所述的GaN量子点掺杂渐变高Al组分的p型AlGaN材料的制备方法，其特征在于，上述步骤中生长外延材料的方法为MOCVD。
...【技术特征摘要】
1.一种gan量子点掺杂渐变高al组分的p型algan材料，其特征在于，包括自下至上依次层叠设置的衬底(1)、aln缓冲层(2)、aln/algan超晶格应力释放层(3)、al组分固定的本征algan层(4)、gan量子点渐变al组分p型层(5)及p-gan金属接触层(6)，其中：
2.如权利要求1所述的gan量子点掺杂渐变高al组分的p型algan材料，其特征在于，所述衬底(1)的材质为异质衬底材料或同质衬底材料，所述的异质衬底材料为蓝宝石、碳化硅、硅中的任意一种，所述的同质衬底材料为gan或aln。
3.如权利要求1所述的gan量子点掺杂渐变高al组分的p型algan材料，其特征在于，所述aln缓冲层(2)为al极性面，厚度为1-5μm。
4.如权利要求1所述的gan量子点掺杂渐变高al组分的p型algan材料，其特征在于，所述aln/algan超晶格应力释放层(3)为阱垒厚度均为10nm的10周期超晶格。
5.如权利要求1所述的gan量子点掺杂渐变高al组分的p型algan材料，其特征在于，所述的al组分固定的本征alg...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓娟，秦子越，蒋科，黎大兵，贲建伟，张山丽，石芝铭，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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