[发明专利]氮化嫁基紫外半导体发光二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光技术领域，具体涉及氮化嫁基紫外半导体发光二极管及其制作方法。

背景技术

氮化嫁基紫外光半导体发光二极管，发光波长理论上在200nm-400nm的波段范围内，相对于蓝绿光而言，禁带宽度大且光子能量强。在传统氮化嫁基蓝绿光半导体发光二极管外延结构中，为使得其更好的与ITO电流扩展层结合，会在外延结构的最上层表面生长一层，用以降低表面接触引起的电压升高问题。但由于InGaN材料本身的禁带宽度决定了其对于波长在400nm以下的紫外光具有强烈的吸收作用，并且制造掺杂Mg的P型InGaN层时，使用的低温掺杂Mg工艺，会造成大量缺陷，对于高能量的光子吸收作用明显降低外量子效率。

发明内容

本发明为了解决上述现有的技术缺点，提供一种氮化嫁基紫外半导体发光二极管及其制作方法，其可减少对紫外光的吸收，提高发光效率，并且禁带宽度逐渐减少，同时降低了元器件的工作电压，延长了元器件的使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供一种氮化嫁基紫外半导体发光二极管，包括依次层叠设置的蓝宝石衬底层、氮化嫁缓冲层、非掺杂氮化嫁层、N型氮化嫁层、多个周期对的AlGaN/InGaN多量子阱层、P型铝镓氮层、P型氮化镓层及渐变非掺杂铝镓铟氮表面接触层，所述渐变非掺杂铝镓铟氮表面接触层为组分均匀渐变的(Al_xIn_1-x)_yGa_1-yN四元合金层。

具体的，所述多个周期对的AlGaN/InGaN多量子阱层至少为5个周期对。

进一步的，所述渐变非掺杂铝镓铟氮表面接触层为非掺杂的晶体结构；所述渐变非掺杂铝镓铟氮表面接触层中铝组分含量和铟组分含量在生长过程中始终均匀渐变，并且是铝组分含量逐渐变小，铟组分含量逐渐变大。

在本发明中，所述渐变非掺杂铝镓铟氮表面接触层在开始生长时铝的组分含量x₁的数值为x₁＝1，在渐变非掺杂铝镓铟氮表面接触层生长结束时铝的组分含量x₂的数值为x₂＝0.5-1中的任何值；所述在渐变非掺杂铝镓铟氮表面接触层从开始生长到生长结束时，铝铟的组分含量y的数值为y＝0.1-0.3中的任何值。

进一步的，所述渐变非掺杂铝镓铟氮表面接触层的厚度h与结束生长时铝的组分含量x的关系为：h＝10(3-2x₂)。

在本发明中，氮化嫁基紫外半导体发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

步骤(1)、将蓝宝石图形衬底放置在石墨盘上并送入MOCVD反应腔中，加热至1000～1200℃对蓝宝石衬底进行5-15min的热处理；将温度降至500-600摄氏度之间，并将反应腔的压强控制在300—650torr之间，此时在蓝宝石衬底层上生长一层厚度为10-50nm的氮化镓缓冲层；

步骤(2)、将反应腔内的温度调升至1000-1100摄氏度之间，并将反应腔的压强控制在100-400torr之间，此时在氮化镓缓冲层上生长一层厚度在1000—3000nm非掺杂氮化镓层；

步骤(3)、反应腔内的温度保持在1000-1100摄氏度之间，并将反应腔的压强控制在100-500torr之间，在非掺杂氮化镓层上面生长一层厚度在1000-4000nm之间的N型掺杂氮化镓层，掺杂源为单质硅，掺杂浓度为在1E18—1E19cm^-3之间；

步骤(4)、在N型掺杂氮化镓层之上生长周期对至少为5对的AlGaN/InGaN多量子阱结构作为有源层，阱层厚度为1-3nm，垒层厚度为8-12nm，其中的阱层生长温度范围在600-800摄氏度之间，阱层铟镓氮中的铟含量组分数值在0-0.1内，垒层生长温度范围在850-950摄氏度之间，垒层中铟含量组分数值在0.1—0.3内；

步骤(5)、当反应腔内的温度在800—950摄氏度之间，压强在100-700Torr时，在有源层之上生长出厚度在50—300nm之间的P型AlGaN电子阻挡层，P型AlGaN电子阻挡层的掺杂源为金属镁，掺杂浓度为1E20-1E21cm^-3，其中铝含量组分数值在0.1-0.3之间；

步骤(6)、当反应腔内的温度在850-950摄氏度之间时，在P型AlGaN电子阻挡层上面生长出一层厚度为50-150nm的P型GaN层，掺杂源为金属镁，掺杂浓度3E20-2E21cm^-3之间；