氮化嫁基紫外半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及氮化嫁基紫外半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化嫁基紫外光半導(dǎo)體發(fā)光二極管，發(fā)光波長理論上在200nm-400nm的波段范圍內(nèi)，相對于藍綠光而言，禁帶寬度大且光子能量強。在傳統(tǒng)氮化嫁基藍綠光半導(dǎo)體發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)中，為使得其更好的與ITO電流擴展層結(jié)合，會在外延結(jié)構(gòu)的最上層表面生長一層，用以降低表面接觸引起的電壓升高問題。但由于InGaN材料本身的禁帶寬度決定了其對于波長在400nm以下的紫外光具有強烈的吸收作用，并且制造摻雜Mg的P型InGaN層時，使用的低溫?fù)诫sMg工藝，會造成大量缺陷，對于高能量的光子吸收作用明顯降低外量子效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有的技術(shù)缺點，提供一種氮化嫁基紫外半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制作方法，其可減少對紫外光的吸收，提高發(fā)光效率，并且禁帶寬度逐漸減少，同時降低了元器件的工作電壓，延長了元器件的使用壽命。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種氮化嫁基紫外半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包括依次層疊設(shè)置的藍寶石襯底層、氮化嫁緩沖層、非摻雜氮化嫁層、N型氮化嫁層、多個周期對的AlGaN/InGaN多量子阱層、P型鋁鎵氮層、P型氮化鎵層及漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層，所述漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層為組分均勻漸變的(AlxIn1 JyGa1 yN四元合金層。
[0005]具體的，所述多個周期對的AlGaN/InGaN多量子阱層至少為5個周期對。
[0006]進一步的，所述漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層為非摻雜的晶體結(jié)構(gòu)；所述漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層中鋁組分含量和銦組分含量在生長過程中始終均勻漸變，并且是鋁組分含量逐漸變小，銦組分含量逐漸變大。
[0007]在本發(fā)明中，所述漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層在開始生長時鋁的組分含量X1的數(shù)值為X1= 1，在漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層生長結(jié)束時鋁的組分含量X 2的數(shù)值為知=0.5-1中的任何值；所述在漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層從開始生長到生長結(jié)束時，鋁銦的組分含量I的數(shù)值為y = 0.1-0.3中的任何值。
[0008]進一步的，所述漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層的厚度h與結(jié)束生長時鋁的組分含量X的關(guān)系為:h = 10 (3-2?) ο
[0009]在本發(fā)明中，氮化嫁基紫外半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法，包括以下步驟:
[0010]步驟(I)、將藍寶石圖形襯底放置在石墨盤上并送入MOCVD反應(yīng)腔中，加熱至1000?1200°C對藍寶石襯底進行5-15min的熱處理；將溫度降至500-600攝氏度之間，并將反應(yīng)腔的壓強控制在300— 650torr之間，此時在藍寶石襯底層上生長一層厚度為10-50nm的氮化鎵緩沖層；
[0011]步驟⑵、將反應(yīng)腔內(nèi)的溫度調(diào)升至1000-1100攝氏度之間，并將反應(yīng)腔的壓強控制在100-400torr之間，此時在氮化鎵緩沖層上生長一層厚度在1000—3000nm非摻雜氮化鎵層；
[0012]步驟(3)、反應(yīng)腔內(nèi)的溫度保持在1000-1100攝氏度之間，并將反應(yīng)腔的壓強控制在100-500torr之間，在非摻雜氮化鎵層上面生長一層厚度在1000_4000nm之間的N型摻雜氮化鎵層，摻雜源為單質(zhì)硅，摻雜濃度為在1E18 — lE19cm 3之間；
[0013]步驟(4)、在N型摻雜氮化鎵層之上生長周期對至少為5對的AlGaN/InGaN多量子阱結(jié)構(gòu)作為有源層，阱層厚度為l_3nm，皇層厚度為8-12nm，其中的阱層生長溫度范圍在600-800攝氏度之間，阱層銦鎵氮中的銦含量組分?jǐn)?shù)值在0-0.1內(nèi)，皇層生長溫度范圍在850-950攝氏度之間，皇層中銦含量組分?jǐn)?shù)值在0.1—0.3內(nèi)；
[0014]步驟(5)、當(dāng)反應(yīng)腔內(nèi)的溫度在800— 950攝氏度之間，壓強在100_700Torr時，在有源層之上生長出厚度在50— 300nm之間的P型AlGaN電子阻擋層，P型AlGaN電子阻擋層的摻雜源為金屬鎂，摻雜濃度為lE20-lE21cm 3，其中鋁含量組分?jǐn)?shù)值在0.1-0.3之間；
[0015]步驟(6)、當(dāng)反應(yīng)腔內(nèi)的溫度在850-950攝氏度之間時，在P型AlGaN電子阻擋層上面生長出一層厚度為50-150nm的P型GaN層，摻雜源為金屬鎂，摻雜濃度3E20_2E21cm 3之間；
[0016]步驟(7)、在P型GaN層之上生長漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層(AlxInlx)
yGill yN O
[0017]進一步的，所述步驟(I)中氮化鎵緩沖層的生長溫度為550攝氏度，壓強為500torr，氮化鎵緩沖層的厚度為25nm ;
[0018]所述步驟(2)中非摻雜氮化鎵層的生長溫度為1050攝氏度，壓強為200tOrr，非摻雜氮化鎵層的厚度為2000nm ；
[0019]所述步驟(3)中N型摻雜氮化鎵層的生長溫度為1050攝氏度，壓強為200tOrr，N型摻雜氮化鎵層厚度為2500nm ;
[0020]所述步驟(4)中AlGaN/InGaN多量子阱結(jié)構(gòu)阱層生長溫度為730攝氏度，皇層的生長溫度為900攝氏度，講層厚度為2nm，皇層厚度為10nm，壓強為300torr ；
[0021]所述步驟(5)中P型AlGaN電子阻擋層生長溫度為920攝氏度，壓強為250TOrr，所述P型AlGaN電子阻擋層的厚度為150nm ；
[0022]所述步驟(6)中P型GaN層生長溫度為900攝氏度，生長壓強為200tOrr，生成的厚度為10nm ；
[0023]所述步驟(7)中漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層(AlxIn1 JyGa1 yN生成完成后鋁的組分含量X = I ;鋁銦的組分含量y = 0.1,得出(AlxIn1 JyGa1 0為(AlaiIna9)0H所述漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層生成完成后的厚度h為10nm。
[0024]進一步的，所述步驟(7)中漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層(AlxInlx)yGalyN生成完成后鋁的組分含量X = 0.5 ;鋁銦的組分含量y = 0.3，得出(AlxInlx)yGalyN為(Ala5Ina5)a3Gaa7N,所述漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層生成完成后的厚度h為20nm。
[0025]進一步的，所述步驟(7)中漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層(AlxInlx)yGalyN生長完成后鋁的組分含量X = 0.7 ;鋁銦的組分含量y = 0.2，得出(AlxInlx)yGalyN為(Ala7Ina3)a2GaasN,所述漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層生成完成后的厚度h為16nm。
[0026]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明在外延結(jié)構(gòu)的最上層引入禁帶寬度逐漸減少的漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層，由于在漸變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層加入鋁，使?jié)u變非摻雜鋁鎵銦氮表面接觸層的禁帶寬度加大，邊界吸收值左移，從而減少了對紫外光的吸收，同時，由于采用非摻雜的工藝，消除了摻雜Mg所造成的大量缺陷，提高了發(fā)光效率；此夕卜，由于鋁元素的加入，禁帶寬度逐漸加大，消除了發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)與ITO材料不匹配所產(chǎn)生的肖特基勢皇問題，從而降低了器件的工作電壓，提高了器件的壽命。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為本發(fā)明氮化嫁基紫外半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明多個周期對的AlGaN/InGaN多量子阱層剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0030]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)人員在沒有作出創(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)明保護的范圍。
[0031]參見圖1、圖2所示:
[0032]實施例一:
[0033]氮化嫁基紫外半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法，包括以下步驟:
[0034]步驟(I)、將藍寶石圖形襯底10放置在石墨盤上并送入MOCVD反應(yīng)腔中，加熱至1000?1200°C對藍寶石襯底進行5-15min的熱處理；將溫度降至500-600攝氏度之間，并將反應(yīng)腔的壓強控制在300— 650torr之間，此時在藍寶石襯底層上生長一層厚度為10-50nm的氮化鎵緩沖層11 ;作為優(yōu)選的一種實施方式，氮化鎵緩沖層的生長溫度為550攝氏度，壓強為500torr，氮化鎵緩沖層的厚度為25nm ；
[0035]步驟(2)、將反應(yīng)腔內(nèi)的溫度調(diào)升至1000-1100攝氏度之間，并將反應(yīng)腔的壓強控制在100-400torr之間，此時在氮化鎵緩沖層上生長一層厚度在1000— 3000nm非摻雜氮化鎵層12 ;作為優(yōu)選的一種實施方式，非摻雜氮化鎵層的生長溫度為1050攝氏度，壓強為200torr,非摻雜氮化鎵層的厚度為2000nm ;
[0036]步驟(3)、反應(yīng)腔內(nèi)的溫度保持在1000-1100攝氏度之間，并將反應(yīng)腔的壓強控制在100-500torr之間，在非摻雜氮化鎵層上面生長一層厚度在1000_4000nm之間的N型摻雜氮化鎵層13，摻雜源為單質(zhì)硅，摻雜濃度為在1E18 — lE19cm 3之間；作為優(yōu)選的一種實施方式，N型摻雜氮化鎵層的生長溫度為1050攝氏度，壓強為200torr，N型摻雜氮化鎵層厚度為 2500nm ；
[0037]步驟(4)、在N型摻雜氮化鎵層之上生長周期對至少為5對的AlGaN/InGaN多量子阱結(jié)構(gòu)14作為有源層，阱層銦鎵氮14-1厚度為l-3nm，皇層鋁鎵