[发明专利]基于氧化镓衬底的高效紫外发光二极管及制备方法

说明书

本发明涉及一种基于氧化镓衬底的高效紫外发光二极管及制备方法，其中，该发光二极管包括：自下而上依次层叠的衬底层、AlN成核层、n型GaN层、量子阱层和p型BN层；第一电极，设置在n型GaN层的上表面；第二电极，设置在p型BN层的上表面；其中，衬底层为Ga₂O₃材料，AlN成核层采用磁控溅射工艺制备。本发明的基于氧化镓衬底的高效紫外发光二极管，选取Ga₂O₃作为衬底层，Ga₂O₃与GaN晶格失配小，减小了材料所受应力，提高了器件的发光效率，另外，采用p型BN来提供空穴，由于Mg在BN中离化率较高，电导率也较高，从而进一步提高了器件的发光效率。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种基于氧化镓衬底的高效紫外发光二极管及制备方法。

背景技术

GaN由于其禁带宽度大的特点，被广泛应用于紫外发光器件及光探测器件。作为第三代照明器件，GaN基LED在发光效率和使用寿命方面，远胜于传统照明光源，可广泛应用于生物、医疗、化工和光通信等各领域。

GaN薄膜中所受应力的大小会直接影响GaN薄膜的结晶质量，从而影响发光二极管的效率，故减小应力一直是发光二极管设计和制作时的重要目标。目前广泛使用的GaN发光二极管中，通常使用蓝宝石衬底，在n型GaN材料上制作量子阱，之后在量子阱上生长均匀掺杂的p型GaN，通过电子和空穴在量子阱中复合来实现发光。

但是由于蓝宝石和GaN之间的晶格失配较大，而且p型GaN中Mg的离化率低，导致空穴载流子浓度低，很难在量子阱中完成高效的复合过程，导致LED的发光效率较低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于氧化镓衬底的高效紫外发光二极管及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种基于氧化镓衬底的高效紫外发光二极管，包括：

自下而上依次层叠的衬底层、AlN成核层、n型GaN层、量子阱层和p型BN层；

第一电极，设置在所述n型GaN层的上表面；

第二电极，设置在所述p型BN层的上表面；

其中，所述衬底层为Ga₂O₃材料，所述AlN成核层采用磁控溅射工艺制备。

在本发明的一个实施例中，所述AlN成核层的厚度为20-50nm。

在本发明的一个实施例中，所述n型GaN层的厚度为500-5000nm。

在本发明的一个实施例中，所述量子阱层的厚度为300-480nm，所述量子阱层为周期性设置的Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN量子阱，其中，0.1≤x≤0.5，0.3≤y≤0.75，每个周期的Al_xGa_1-xN阱层的厚度为20-40nm，Al_yGa_1-yN垒层的厚度为60-80nm。

在本发明的一个实施例中，所述p型BN层的厚度为100-1000nm。

本发明还提供了一种基于氧化镓衬底的高效紫外发光二极管的制备方法，包括：

S1：对Ga₂O₃衬底层进行热处理和氮化处理；

S2：采用磁控溅射工艺在所述Ga₂O₃衬底层上生长20-50nm的AlN成核层；