一種新型p區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種新型p區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管(UV?LED)，包括管體，管體由下至上依次設(shè)有藍(lán)寶石襯底、AlN成核層、非摻雜u型AlGaN緩沖層、n型AlGaN層、Alx1Ga1?x1N/Alx2Ga1?x2N量子阱有源區(qū)、p型Zny1Mg1?y1O/Alx3Ga1?x3N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層、p型Zny2Mgy3Ni1?y2?y3O層和氧化銦錫透明導(dǎo)電層，氧化銦錫透明導(dǎo)電層上引出p型歐姆電極，n型AlGaN層上引出n型歐姆電極。本發(fā)明，p型Zny1Mg1?y1O/Alx3Ga1?x3N超晶格結(jié)構(gòu)對載流子具有強的量子限制效應(yīng)，能夠有效抑制電子溢出有源區(qū)，p型Zny2Mgy3Ni1?y2?y3O層提高載流子在有源區(qū)的復(fù)合效率，采用r面、m面或者a面的藍(lán)寶石作為襯底材料，能夠得到非極性或者半極性AlGaN材料，減少電子與空穴波函數(shù)在空間上的分離，提高載流子的輻射復(fù)合效率。
【專利說明】
一種新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]紫外光波段范圍為100?400nm，與可見光波段相比，紫外光光子能量更高，穿透能力更強，并且對于生物病毒有很強的殺傷力。由于這些性質(zhì)使得紫外光源在生物化學(xué)有害物質(zhì)檢測、水凈化、高密度存儲和短波長安全通信以及軍事等領(lǐng)域有著重大應(yīng)用價值。對于紫外器件，AlGaN材料具有其固有的優(yōu)勢，通過對三元化合物中Al組分的選擇，可以調(diào)節(jié)AlGaN帶隙能量6.2eV?3.4eV，對應(yīng)于200nm到365nm的光波長范圍。
[0003]然而，與GaN基藍(lán)光LED相比，在大電流注入條件下，紫外LED發(fā)光效率下降明顯，且發(fā)光峰值波長往藍(lán)光光譜方向移動。造成發(fā)光峰值波長藍(lán)移的現(xiàn)象是由于隨著注入電流的增大，內(nèi)部電場因載流子屏蔽作用而逐漸減小導(dǎo)致的。研究結(jié)果表明，電子溢出有源區(qū)和空穴注入效率低已被證實是導(dǎo)致大電流驅(qū)動下效率衰減的關(guān)鍵因素。
[0004]ZnO是一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料。ZnO無論在晶格結(jié)構(gòu)、晶胞參數(shù)還是在禁帶寬度上都與GaN相似，且具有比GaN更高的熔點和更大的激子束縛能，又具有較低的光致發(fā)光和受激輻射的閾值以及良好的機電耦合特性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。ZnMgO合金的禁帶寬度可以隨著Mg組分的不同得到調(diào)節(jié)，采用ZnMgO/AlGaN超晶格結(jié)構(gòu)，將很大程度上提高空穴注入效率和復(fù)合幾率，實現(xiàn)高效率的紫外發(fā)光二極管。
[0005]未摻雜的N1薄膜材料由于本身存在大量的固有受主缺陷，從而表現(xiàn)為一種典型的P型半導(dǎo)體薄膜材料，室溫下其禁帶寬度為3.6?4.0eV。另外，N1薄膜材料具有與GaN相近的晶格常數(shù)，極大地減小了材料晶格失配帶來的影響。目前還沒有具有P型ZnMgN1層結(jié)構(gòu)紫外發(fā)光二極管及其制備方法的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管。所述新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管具有降低空穴激活能，提高空穴注入效率，提高載流子在有源區(qū)的復(fù)合效率且減少電子與空穴波函數(shù)在空間上的分離，提高載流子的輻射復(fù)合效率。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]—種新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，包括管體，所述管體由下至上依次設(shè)有藍(lán)寶石襯底、AlN成核層、非摻雜u型AlGaN緩沖層、η型AlGaN層、Α1Χ16&1—Χ1Ν/Α1Χ26&1—Χ2Ν量子阱有源區(qū)、P型ZnylMg1-yl0/Alx3Gai—χ3Ν超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層、P型Zny2Mgy3Ni1-y2—y30層和氧化銦錫透明導(dǎo)電層，在所述氧化銦錫透明導(dǎo)電層上引出P型歐姆電極，在所述η型AlGaN層上引出η型歐姆電極。
[0009]優(yōu)選的，所述藍(lán)寶石襯底為r面、m面或a面中的任意一種。
[0010]優(yōu)選的，所述AlN成核層的厚度為20?200nm，非摻雜u型AlGaN緩沖層的厚度為500-1000nm，n 型AlGaN 層的厚度為 500 ?100nn^AlxlGa1-X1NAlx2Ga1-x2N 量子阱有源區(qū)的周期數(shù)為10?15對，P型ZnylMg1-yl0/Alx3Gai—x3N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層的厚度為20?100nm，p型 Zny2Mgy3Ni 1-y2-y30 層的厚度為 100 ?250nm。
[0011]優(yōu)選的，所述P型ZnyiMgi—y1/AMai—xsN超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層將AlslGa1-X1N/Alx2Gai—x2N量子講有源區(qū)和P型Zny2Mgy3Nii—y2-y30層隔開。
[0012]優(yōu)選的，所述P型ZnyiMgi—yi0/AlX3Gai—x3N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層中周期數(shù)為5?8對，且下標(biāo)yl，x3滿足如下要求:0.7彡71彡0.9，0.2彡13彡1，且六1^&1—^層中采用摻雜Mg，其中Mg的摻雜濃度介于I X 118?I X 102°cm—3。
[0013]優(yōu)選的，所述P型ZnyiMgi—yi0/AlX3Gai—x3N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層中周期數(shù)為5?8對，且下標(biāo)yl，x3滿足如下要求:0.7彡yl彡0.9，0.2彡x3彡I，且Alx3Gapx3N層中采用摻雜Mg，其中Mg的摻雜濃度介于I X 118?I X 102°cm—3。
[00M] 優(yōu)選的，所述P型Zny2Mgy3Nii—y2-y30層中采用摻雜Mg，其中Mg的摻雜濃度介于I X118?I X 120Cnf30
[0015]優(yōu)選的，所述P型Zny2Mgy3Nii—y2-y30層中下標(biāo)y2，y3滿足如下要求:0.7<y2<0.9，0.1^y3^0.3o
[0016]優(yōu)選的，所述AlxlGa1-X1NAlX2Ga1-X2N量子阱有源區(qū)中下標(biāo)xl，x2滿足如下要求:0.1彡xl彡0.9，0.1彡x2彡0.9。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明，由于P型ZnylMgl-yl0/Alx3Gal-x3N超晶格結(jié)構(gòu)具有高吸收系數(shù)、高橫向載流子迀移率，對載流子具有強的量子限制效應(yīng)，作為電子阻擋層能夠有效抑制電子溢出有源區(qū)，另外，而采用P型Zny2Mgy3Nil-y2-y30層，能夠極大地增加P型區(qū)的空穴濃度，降低空穴激活能，提高空穴注入效率，從而提高載流子在有源區(qū)的復(fù)合效率。同時，采用r面、m面或者a面的藍(lán)寶石作為襯底材料，能夠得到非極性或者半極性AlGaN材料，可以從根本上消除或者削弱量子阱中由于材料極化效應(yīng)引起的能帶彎曲，減少電子與空穴波函數(shù)在空間上的分離，提高載流子的輻射復(fù)合效率。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)不意圖；
[0019]圖2為現(xiàn)有技術(shù)制備的發(fā)光二極管層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:1管體、101藍(lán)寶石襯底、102AlN成核層、103非摻雜u型AlGaN緩沖層、104 η型AlGaN層、105AlxlGai—xiN/AluGai—uN量子阱有源區(qū)、106p型ZnyiMgi—y1/AlxsGapx3N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層、107p型Zny2Mgy3Ni1-y2-y30層、108氧化銦錫透明導(dǎo)電層、109p型歐姆電極、I 1n型歐姆電極。
【具體實施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]請參閱圖1-2，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案:
[0023]—種新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，包括管體I，管體I由下至上依次設(shè)有藍(lán)寶石襯底 101、AlN成核層102、非摻雜u型AlGaN緩沖層103、n型AlGaN層104、AlxlGa1—xlN/Alx2Ga1—χ2N量子阱有源區(qū)105、p型ZnylMg1—yl0/Alx3Ga1—x3N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層106、p型Zny2Mgy3Ni1-y2—y30層107和氧化銦錫透明導(dǎo)電層108，在氧化銦錫透明導(dǎo)電層108上引出P型歐姆電極109，在η型AlGaN層104上引出η型歐姆電極110，藍(lán)寶石襯底101為r面、m面或a面中的任意一種。
[0024]AlN成核層102的厚度為20?200nm，非摻雜u型AlGaN緩沖層103的厚度為500-1000nm，n型 AlGaN 層 104 的厚度為500 ?100nn^AlxlGa1-X1NAlx2Ga1-x2N 量子阱有源區(qū) 105 的周期數(shù)為10?15對，P型ZnylMg1-yl0/Alx3Gai—x3N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層106的厚度為20?100nm，p 型Zny2Mgy3Ni1-y2—y30 層 107 的厚度為 100 ?250nm，p型 ZnylMg1-y1/AluGai—x3N 超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層106將AlxlGa1-X1NAlX2Ga1-X2N量子阱有源區(qū)105和P型ZnwMgysNii—w—y30層107隔開。
[0025]P型ZnylMg1-Y1OAlx3Ga1-x3N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層106中周期數(shù)為5?8對，且下標(biāo)71^3滿足如下要求:0.7彡71彡0.9，0.2^^3彡1，且厶1^&1—^層中采用摻雜Mg，其中Mg的摻雜濃度介于I X 118?I X 102Qcm—3，p型Zny2Mgy3Ni1-y2—y30層107中采用摻雜Mg，其中Mg的摻雜濃度介于I X 118?I X 120Cm-3O
[0026]?型21^2]\^3附112130層107中下標(biāo)72，73滿足如下要求:0.7彡72彡0.9，0.1彡73彡0.3，AlxlGa1-X1NZAlX2Ga1-X2N量子阱有源區(qū)105中下標(biāo)xl，x2滿足如下要求:0.1彡xl彡0.9，0.1 彡 x2 彡 0.9。
[0027]由于P型ZnylMgl-yl0/AlX3Gal-X3N超晶格結(jié)構(gòu)具有高吸收系數(shù)、高橫向載流子迀移率，對載流子具有強的量子限制效應(yīng)，作為電子阻擋層能夠有效抑制電子溢出有源區(qū)，另外，而采用P型Zny2Mgy3Ni l-y2-y30層，能夠極大地增加P型區(qū)的空穴濃度，降低空穴激活能，提高空穴注入效率，從而提高載流子在有源區(qū)的復(fù)合效率。同時，采用r面、m面或者a面的藍(lán)寶石作為襯底材料，能夠得到非極性或者半極性AlGaN材料，可以從根本上消除或者削弱量子阱中由于材料極化效應(yīng)引起的能帶彎曲，減少電子與空穴波函數(shù)在空間上的分離，提高載流子的輻射復(fù)合效率。
[0028]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項】
1.一種新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，包括管體a)，其特征在于:所述管體(I)由下至上依次設(shè)有藍(lán)寶石襯底(101)、A1N成核層(102)、非摻雜u型AlGaN緩沖層(103)、n型AlGaN層(104)、AlxlGai—X1NAlX2Ga1-X2N量子阱有源區(qū)(105)、p型ZnyiMgi—y1/AUai—x3N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層(106)、p型Zny2Mgy3Nii—y2-y30層(107)和氧化銦錫透明導(dǎo)電層(108)，在所述氧化銦錫透明導(dǎo)電層(108)上引出P型歐姆電極(109)，在所述η型AlGaN層(104)上引出η型歐姆電極(110)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，其特征在于:所述藍(lán)寶石襯底(101)為r面、m面或a面中的任意一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，其特征在于:所述AlN成核層(102)的厚度為20?200nm，非摻雜u型AlGaN緩沖層(103)的厚度為500-1000nm，n型AlGaN層(104)的厚度為500?100nnuAlxlGa1-xlN/Alx2Gai—x2N量子阱有源區(qū)(105)的周期數(shù)為10?15對，P型ZnylMg1-yl0/Alx3Gai—x3N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層(106)的厚度為20?100nm，p型 Zny2Mgy3Ni1-y2—y30 層(107)的厚度為 100 ?250nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，其特征在于:所述P型ZnyiMgi—y1/AUai—x3N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層(106)將AlxlGa1-X1NAlX2Ga1-X2N量子阱有源區(qū)(105)和P 型 Zny2Mgy3Ni1-y2—y30層(107)隔開。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，其特征在于:所述P型Zn^Mg^O/Al^Ga^N超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層(106)中周期數(shù)為5?8對，且下標(biāo)yI，x3滿足如下要求:0.7彡yl彡0.9，0.2彡x3彡I，且Alx3Ga1I3N層中采用摻雜Mg，其中Mg的摻雜濃度介于I X 118?I X 120Cnf306.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，其特征在于:所述P型Zny2Mgy3Ni1-y2—y30層(107)中采用摻雜Mg，其中Mg的摻雜濃度介于I X 118-1 X 102Qcm—3。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，其特征在于:所述P型Zny2Mgy3Ni1-y2-y30層(107)中下標(biāo)y2，y3滿足如下要求:0.7彡y2彡0.9，0.I 彡y3彡0.3。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型P區(qū)結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光二極管，其特征在于:所述AlxlGa1-X1NAlx2Ga1-X2N量子阱有源區(qū)(105)中下標(biāo)xl，x2滿足如下要求:0.1彡xl彡0.9，0.1^x2^0.9o
【文檔編號】H01L33/04GK106098880SQ201610463013
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】孫月靜
【申請人】孫月靜