本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域，一種近紫外發(fā)光二極管的制作方法，尤其涉及一種采用MOCVD(金屬有機(jī)化合物氣相外延)技術(shù)制備其摻雜濃度及Al組分階梯式變化的p型AlGaN/AlInGaN電子阻擋層近紫外LED的方法。

背景技術(shù)：

紫外半導(dǎo)體光源主要應(yīng)用在生物醫(yī)療、防偽鑒定、凈化(水、空氣等)領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲和軍事等方面。隨著紫外光技術(shù)的進(jìn)步，新的應(yīng)用會不斷出現(xiàn)以替代原有的技術(shù)和產(chǎn)品，紫外光LED有著廣闊的市場應(yīng)用前景。紫外光源將開發(fā)出通用照明、光鑷、植物生長、石油管道泄漏檢測、考古應(yīng)用、鑒別真假等方面用途。半導(dǎo)體紫外光源作為半導(dǎo)體照明后的又一重大產(chǎn)業(yè)方向，已經(jīng)引起了半導(dǎo)體光電行業(yè)的廣泛關(guān)注。美國、日本、韓國等無不投入巨大的力量以求占據(jù)行業(yè)的制高點(diǎn)。我國“十一五”國家863計(jì)劃新材料技術(shù)領(lǐng)域重大項(xiàng)目“半導(dǎo)體照明工程”課題“深紫外LED制備和應(yīng)用技術(shù)研究”經(jīng)過持續(xù)的研發(fā)，取得重要突破。在十五期間，北京大學(xué)曾承擔(dān)近紫外LED的國家863課題，研制出380nm～405nm近紫外LED在350mA下光功率達(dá)到110mW。在十一五、十二五期間進(jìn)一步研究紫外LED，得到發(fā)光波長280nm～315nm紫外發(fā)射。此外，中科院半導(dǎo)體研究所、廈門大學(xué)、青島杰生等單位也正致力于紫外LED研究，300nm的紫外LED光功率已經(jīng)達(dá)到mW量級。與藍(lán)光不同，目前紫外LED正處于技術(shù)發(fā)展期，在專利和知識產(chǎn)權(quán)方面限制較少，利于占領(lǐng)、引領(lǐng)未來的技術(shù)制高點(diǎn)。國內(nèi)在紫外LED的裝備、材料和器件方面都有了一定的積累，目前正在積極的向應(yīng)用模塊發(fā)展。在UV-LED形成大規(guī)模產(chǎn)業(yè)之前還需要國家的引導(dǎo)和支持以便在核心技術(shù)方面取得先機(jī)。

紫外LED技術(shù)面臨的首要問題是其光效低。波長365nm的紫外LED輸出功率僅為輸入功率的5％-8％。對于波長385nm以上的紫外LED光電轉(zhuǎn)化效率相對于短波長有明顯提高，但輸出功率只有輸入功率的15％。如何有效提高紫外LED的光 效成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種制備具有摻雜濃度及Al組分階梯式變化的p型AlGaN/AlInGaN電子阻擋層近紫外LED的方法。通過設(shè)計(jì)紫外光LED新型電子阻擋層結(jié)構(gòu)，可有效提高空穴注入效率，提高電子空穴復(fù)合發(fā)光效率，從而提高近紫外LED發(fā)光效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種采用MOCVD技術(shù)制備具有摻雜濃度以及Al組分階梯式變化的p型AlGaN/GaN電子阻擋層近紫外LED的方法，其LED外延結(jié)構(gòu)，從下向上的順序依次為：圖形化藍(lán)寶石襯底、低溫GaN成核層、高溫非摻雜GaN緩沖層、n型GaN層、In_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源區(qū)、p型Al_y1Ga_1-y1N/Al_yIn_x1Ga_1-x1N超晶格電子阻擋層、高溫p型GaN層、p型InGaN接觸層；該方法包括以下步驟：

步驟一，在金屬有機(jī)化合物氣相外延反應(yīng)室中將圖形化Al₂O₃襯底在氫氣氣氛下，1080℃-1100℃下反應(yīng)室壓力100torr，處理5-10分鐘；然后降低溫度，在500-550℃，反應(yīng)室壓力500torr，在氫氣(H₂)氣氛下，V/III摩爾比為500-1300；三維生長20-30納米厚的低溫GaN成核層；

步驟二，在1000-1100℃下，反應(yīng)室壓力為200-300torr，在氫氣(H₂)氣氛下，V/III摩爾比為1000-1300；生長2-3微米厚的高溫非摻雜GaN緩沖層；

步驟三，在1000-1100℃下，反應(yīng)室壓力為100-200torr，在氫氣(H₂)氣氛下，V/III摩爾比為1000-1300；生長2-4微米厚的n型GaN層；其Si摻雜濃度為10¹⁸-10¹⁹cm^-3；

步驟四，在750-850℃下，在氮?dú)?N₂)氣氛下，V/III摩爾比為5000-10000，反應(yīng)室壓力300torr,接著生長5-10周期的In_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源區(qū),其中In_xGa_1-xN阱層的厚度范圍在2-4nm；GaN應(yīng)力調(diào)控層厚度0.5nm-5nm；Al_yGa_1-yN壘層厚度為8nm-20nm；其中0<x≤0.1；0<y≤0.1；

步驟五，在850℃-950℃下，在有源區(qū)上，在氮?dú)鈿夥障拢琕/III摩爾比為 5000-10000，反應(yīng)室壓力100-300torr,生長4-6個周期的p型Al_y1Ga_1-y1N/Al_yIn_x1Ga_1-x1N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層；且Al組分隨著超晶格周期數(shù)增加而階梯式從0.2減少到0.05，其中GaN層厚度為2-5nm，p型Al_y1Ga_1-y1N的厚度為2-5nm；其Mg摻雜濃度隨著超晶格周期數(shù)增加而增加，相應(yīng)的空穴濃度從0.5×10¹⁷cm^-3增加到2×10¹⁷cm^-3；其Al組分y₁大于有源區(qū)Al組分y(0.01≤y≤y₁≤0.2)，

步驟六，在950℃-1050℃下,在氫氣氣氛下，V/III摩爾比為2000-5000，反應(yīng)室壓力100torr,生長150nm-250nm的高溫p型GaN層；其Mg摻雜濃度為10¹⁷-10¹⁸cm^-3。

步驟七，在650℃-750℃下,在氫氣氣氛下，V/III摩爾比為5000-10000，反應(yīng)室壓力300torr,生長2nm-4nm的p型InGaN接觸層；其Mg摻雜濃度為大于10¹⁸cm^-3。

通過設(shè)計(jì)紫外光LED新型電子阻擋層結(jié)構(gòu)，可有效提高空穴注入效率，提高電子空穴復(fù)合發(fā)光效率，從而提高近紫外LED發(fā)光效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中一種采用MOCVD技術(shù)制備具有摻雜濃度以及Al組分階梯式變化的p型AlGaN/AlInGaN電子阻擋層近紫外LED的豎直剖面視圖。

附圖標(biāo)記說明。

101：藍(lán)寶石襯底；102：低溫GaN成核層；103：高溫非摻雜GaN緩沖層；104：n型GaN層；105：In_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源區(qū)；106：p型Al_y1Ga_1-y1N/Al_yIn_x1Ga_1-x1N超晶格電子阻擋層；107：高溫p型GaN層；108：p型InGaN接觸層。其中n型應(yīng)力釋放層In組分、Al組分小于InGaN/AlGaN多量子阱有源區(qū)In組分以及Al組分；

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供具有新型電子阻擋層近紫外光LED的方法(其豎直剖面視圖參閱圖1)。通過設(shè)計(jì)紫外光LED新型電子阻擋層結(jié)構(gòu)，可有效提高空穴注入效率，提高電子空穴復(fù)合發(fā)光效率，從而提高近紫外LED發(fā)光效率。

實(shí)施例1

使用Aixtron公司,緊耦合垂直反應(yīng)室MOCVD生長系統(tǒng)，生長過程中以三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵，三甲基鋁，三甲基銦和氨氣分別作為Ga、Al、In和N源，硅烷(SiH₄)作為n型摻雜源，二茂鎂(Cp₂Mg)作為p型摻雜源，首先在MOCVD反應(yīng)室中將圖形化Al₂O₃襯底101加熱到1080-1100攝氏度，在反應(yīng)室壓力為100torr,在H₂下處理5分鐘，然后降溫到在530-550攝氏度在圖形化Al₂O₃襯底101上，反應(yīng)室壓力500torr，氫氣(H2)氣氛下，V/III摩爾比為500-1300，三維生長20-30納米后的低溫GaN成核層102，在1000-1500℃下，反應(yīng)室壓力為200-300torr，在氫氣(H₂)氣氛下，V/III摩爾比為1000-1300；生長2-4微米厚的高溫非摻雜GaN緩沖層103；在1000-1500℃下，反應(yīng)室壓力為100-200torr，在氫氣(H₂)氣氛下，V/III摩爾比為1000-1300；生長2-4微米厚的n型GaN層104；其Si摻雜濃度為10¹⁸-10¹⁹cm^-3；在750-850℃下，在氮?dú)?N₂)氣氛下，V/III摩爾比為5000-10000，反應(yīng)室壓力300torr,接著生長5-10周期的In_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源區(qū)105,其中In_xGa_1-xN阱層的厚度為2-4nm；Al_yGa_1-yN壘層厚度為8nm-20nm；其中x依次取值為0.06-0.09；y取值為0.05；分別對應(yīng)峰值波長為395nm-410nm；在850℃-950℃下，在有源區(qū)上，在氮?dú)鈿夥障?，V/III摩爾比為5000-10000，反應(yīng)室壓力100-300torr,生長4-6個周期的p型Al_y1Ga_1-y1N/Al_yIn_x1Ga_1-x1N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層106；其中GaN層厚度為2-5nm,p型Al_y1Ga_1-y1N的厚度為2-5nm；Mg摻雜濃度為10¹⁷-10¹⁸cm^-3；當(dāng)電子阻擋層周期數(shù)為4時，Al組分隨著超晶格周期數(shù)的增加依次為0.2、0.15、0.1、0.05，Mg的摻雜濃度隨著超晶格周期數(shù)的增加而增加，相應(yīng)的空穴濃度依次為0.5×10¹⁷cm^-3、1×10¹⁷cm^-3、1.5×10¹⁷cm^-3、2×10¹⁷cm^-3；當(dāng)電子阻擋層周期數(shù)為6時，Al組分隨著超晶格周期數(shù)的增加依次為0.2、0.17、0.14、0.11、0.08、0.05,Mg的摻雜濃度隨著超晶格周期數(shù)的增加而增加，相應(yīng)的空穴濃度依次為0.5×10¹⁷cm^-3、0.8×10¹⁷cm^-3、1.1×10¹⁷cm^-3、1.4×10¹⁷cm^-3、1.7×10¹⁷cm^-3、2×10¹⁷cm^-3；電子阻擋層Al組分大于有源區(qū)Al組分y(0.01≤y≤y₁≤0.2),電子阻擋層In組分x₁小于有源區(qū)In組分x；在950℃-1050℃下,在氫氣氣氛下，V/III摩爾比為2000-5000，反應(yīng)室壓力100torr,生長150nm-250nm的高溫p型GaN層107；其Mg摻雜濃度為10¹⁷-10¹⁸cm^-3。在650℃-750℃下,在氫氣氣氛下，V/III摩爾比 為5000-10000，反應(yīng)室壓力300torr,生長2nm-4nm的p型InGaN接觸層108；其Mg摻雜濃度為10¹⁸cm^-3。

外延生長結(jié)束后，將反應(yīng)室的溫度降至700-750℃，采用純氮?dú)鈿夥者M(jìn)行退火處理5-20分鐘,然后降至室溫，結(jié)束生長，外延結(jié)構(gòu)經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕后制成單顆小尺寸芯片，芯片結(jié)果顯示采用新型電子阻擋層可以有效提高空穴注入效率，減小工作電壓。如圖1所示為采用本發(fā)明中實(shí)施例1技術(shù)方案制作的一系列近紫外光LED流程圖。

以上所述的實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其描述較為具體和詳細(xì)，其目的在于使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，因此不能僅以此來限定本發(fā)明的專利范圍，但并不能因此而理解為對本發(fā)明范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，即凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的精神所作的變化，仍應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。