[发明专利]基于ScAlN/AlGaN超晶格p型层的高效发光二极管及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于ScAlN/AlGaN超晶格p型层的高效发光二极管及其制备方法，主要解决现有p型层中掺杂的Mg的离化率低，导致二极管发光效率不高的问题。其自下而上包括：c面蓝宝石衬底层、高温AlN成核层、n型GaN层、In_xGa_1‑xN/Al_yGa_1‑yN多量子阱、Al_zGa_1‑zN电子阻挡层、p型层，其特征在于：p型层采用ScAlN/AlGaN超晶格结构，即ScAlN和AlGaN交替生长，每个ScAlN层和它上面的AlGaN层组合为一个周期，共生长10‑30个周期。本发明增大了p型层中掺杂的Mg的离化率，提高了发光二极管的发光效率，可用于制做高效率的紫外和深紫外发光设备。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种高效发光二极管，可用来制做高效率的紫外和深紫外发光设备。

技术背景

由于AlGaN材料发光波长可短至200nm，故成为制作紫外和深紫外发光二极管的重要材料。可广泛应用于水净化、生物制剂检测、杀菌、医药等方面。

AlGaN中电导率大小是影响二极管发光效率的重要因素，而提高电导率的主要方法之一便是提高二极管p型层中Mg的离化率。因此，在AlGaN中如何提高Mg的离化率已成为在DUV光电器件领域的一个具有挑战性的课题。

目前常见的紫外和深紫外发光二极管包含n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和p型层等结构，通过电子和空穴在量子阱中复合来实现发光，其中p型层通常用均匀掺杂Mg的AlGaN材料制作。但是这种方法由于p型层中Mg的离化率低，导致电导率较低，因而得到的发光二极管发光效率较低。

发明内容

本发明的目的在于针对传统发光二极管的不足，提出一种基于ScAlN/AlGaN超晶格p型层的高效发光二极管及制备方法，以提高p型层中掺杂的Mg的离化率，从而提高器件发光效率。

为实现上述目的，本发明基于ScAlN/AlGaN超晶格p型层的高效发光二极管，自下而上包括：c面蓝宝石衬底层(1)、高温AlN成核层(2)、n型GaN层(3)、In_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱层(4)、Al_zGa_1-zN电子阻挡层(5)、p型层(6)和电极(7)，其特征在于：p型层(6)采用ScAlN/AlGaN超晶格结构，以增大p型层中掺杂的Mg的离化率，提高发光二极管的发光效率。

进一步，其特征在于：所述的p型层(6)所采用的ScAlN/AlGaN超晶格结构，其周期数为10-30，即ScAlN层和AlGaN层交替生长，每个ScAlN层和它上面的AlGaN层组合起来为一个周期，且每个ScAlN层的厚度为3-8nm，每个AlGaN层的厚度为1-5nm。

为实现上述目的，本发明制备基于ScAlN/AlGaN超晶格p型层的高效发光二极管的方法，包括如下步骤：

1)对衬底进行加热和高温氮化的预处理：

2)在氮化后的衬底上采用MOCVD工艺生长厚度为20-50nm的高温AlN成核层；

3)在AlN成核层上采用MOCVD工艺生长厚度为2000-3500nm的n型GaN层；

4)在n型GaN层上采用MOCVD工艺生长五个周期的Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN量子阱，每个周期的单层Al_xGa_1-xN阱层和Al_yGa_1-yN垒层的厚度分别为10-30nm和40-60nm，Al含量x和y的调整范围分别为0.02-0.8和0.1-0.95；