[发明专利]AlGaN基半导体紫外器件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种AlGaN基半导体紫外器件及其制备方法，涉及半导体技术领域。AlGaN基半导体紫外器件包括衬基底以及在衬基底上依次生长的缓冲层、n型电子注入层、AlGaN发光有源层、非均布量子阱结构层、p型AlGaN电子阻挡层、p型空穴注入层和接触层；AlGaN发光有源层包括沿生长方向依次层叠设置的量子阱发光层和量子势垒层，量子阱发光层包括Al_xGa_1‑xN，量子势垒层包括Al_yGa_1‑yN，其中，0.001≤xy≤1；非均布量子阱结构层包括AlGaN、且Al组分在生长方向上呈非均匀分布。这样能够有效地利用载流子分布不均匀的特性来提高器件的载流子注入效率，提升内量子效率和发光效率的提升。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种AlGaN基半导体紫外器件及其制备方法。

背景技术

紫外发光二极管因为具有环保无毒、耗电低、体积小以及寿命长等优点，符合新时代下环保、节能等要求，所以，在紫外固化、空气与水净化、生物医疗、高密度储存、安全与保密通讯等领域具有重要应用价值。然而，相对于商业化高亮度的蓝光发光二极管，紫外发光二极管面临的首要问题是其较低的内量子效率和发光效率。如何有效提高紫外发光二极管的发光效率成为大家关注的焦点问题。

限制紫外发光二极管的发光效率的主要有两方面的难点，一方面是材料之间有严重的晶格失配，生长过程中各种缺陷会形成非辐射复合中心，严重影响了辐射复合效率，继而导致了内量子效率低下。另一方面更为重要的是较低的载流子注入效率。第一，Mg在GaN中的激活能在200meV左右，已经非常之大，在高Al组分p-AlGaN中受主杂质激活能更高(AlN中达到630meV之巨)，能够热激活的空穴浓度更低，这就使得获得有效的P型掺杂极其困难；第二，空穴相对于电子来说，质量较大，这会导致空穴的迁移率比较低；第三，在常规的设计中，都会通过在电子阻挡层中采用更高Al组分的AlGaN材料，来阻挡电子从有源区的泄露，但同时也会拉高价带，增大对空穴注入的有效势垒，这些因素都会导致了有源区内大量的电子无法与空穴进行有效的复合，泄露到P型区域，进一步的降低了内量子效率。至此，这对空穴从P型层传输到有源区带来了巨大挑战。大部分学者多采用超晶格电子阻挡层，渐变的量子阱或者各种量子势垒的变化，这些方法都主要集中在促进有源区内的空穴的传输，或者避免电子泄露到p型区域，旨在改善载流子分布的不均匀性。其实，在实际的外延生长过程中，无论是提高AlGaN材料中的Al组分或Mg的掺杂，还是注入更多的空穴进入有源区，这些都是极其困难的。因此，大量的空穴与未复合的电子都会集聚在电子阻挡层最后一个量子势垒的中间界面区域，严重降低了载流子注入效率。

因此，避免载流子分布不均匀是极其困难的，如何有效地利用载流子分布不均匀的特性来提高AlGaN基紫外发光二极管的载流子注入效率，直接影响到内量子效率和发光效率的提升。

发明内容

本发明的实施例的目的包括提供了一种AlGaN基半导体紫外器件及其制备方法，其能够有效地利用载流子分布不均匀的特性来提高AlGaN基紫外发光二极管的载流子注入效率，提升内量子效率和发光效率的提升。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种AlGaN基半导体紫外器件，AlGaN基半导体紫外器件包括衬基底以及在衬基底上依次生长的缓冲层、n型电子注入层、AlGaN发光有源层、非均布量子阱结构层、p型AlGaN电子阻挡层、p型空穴注入层和接触层；

其中，AlGaN发光有源层包括沿生长方向依次层叠设置的量子阱发光层和量子势垒层，量子阱发光层包括Al_xGa_1-xN，量子势垒层包括Al_yGa_1-yN，其中，0.001≤xy≤1；

非均布量子阱结构层包括AlGaN、且Al组分在生长方向上呈非均匀分布。