[發(fā)明專利]應(yīng)變超晶格隧道結(jié)紫外LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310193364.1
• 申請(qǐng)日: 2013-05-22
• 公開（公告）號(hào): CN103337568A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 云峰;王越;黃亞平;田振寰;王宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/04
• 分類號(hào): H01L33/04;H01L33/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體發(fā)光二級(jí)管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用應(yīng)變超晶格隧道結(jié)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)p型氮化物材料性能的紫外LED外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。

【背景技術(shù)】

紫外發(fā)光二極管（light?emitting?diode，以下簡(jiǎn)稱LED），因其波長(zhǎng)短、光子能量高、光束均勻等優(yōu)點(diǎn)，在物理殺菌、高顯色指數(shù)的照明以及高密度光存儲(chǔ)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。目前，大量的研究已經(jīng)在晶體質(zhì)量、高Al組分和短波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等技術(shù)方面取得了重要突破，成功制備300納米以下的深紫外LED器件，實(shí)現(xiàn)毫瓦級(jí)的功率輸出，并在可靠性方面取得很大進(jìn)展。

然而，高Al組分的AlGaN材料會(huì)降低載流子濃度和載流子遷移率。隨著Al組分的增加，Mg原子的受主激活能線性增加，使得p型摻雜激活率很低，室溫下空穴濃度很低，因此，p型歐姆接觸的制備變得非常困難。良好的歐姆接觸決定著電注入效率，從而直接影響半導(dǎo)體器件的整體性能。

目前，為了提高p型層的載流子濃度，降低p型歐姆接觸電阻，所采用的技術(shù)主要是利用超晶格結(jié)構(gòu)的p型層，然后在p型AlGaN上再生長(zhǎng)一層p型GaN帽層作為歐姆接觸層，并通過退火條件優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。但是，這些方法只能在一定范圍內(nèi)優(yōu)化p型歐姆接觸，其電阻率仍比n型歐姆接觸電阻率大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，而且厚的p型GaN帽層會(huì)產(chǎn)生光子的吸收損耗。

一種低電阻GaN/InGaN/GaN隧道結(jié)結(jié)構(gòu)，將n型GaN和p型GaN均簡(jiǎn)并摻雜，在p型GaN上再生長(zhǎng)一層n型GaN，并利用界面極化電荷產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)使量子阱上方的GaNpn結(jié)滿足隧道二極管的條件，這樣p型GaN價(jià)帶的電子就通過隧穿效應(yīng)進(jìn)入到n型GaN的導(dǎo)帶，從而在p型GaN價(jià)帶留下大量空穴。而上表面的接觸電極是直接做在p型GaN上的n型GaN表面的，即正負(fù)接觸電極都是在n型GaN結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)的，這不僅避免了p型歐姆接觸，實(shí)現(xiàn)低阻率的目標(biāo)，而且保持了器件的性能完整。但是，這種方法仍是利用了重?fù)诫s來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)并，從而得到隧穿結(jié)，但是p型氮化物摻雜的困難仍然存在。

當(dāng)一種材料處于應(yīng)變系統(tǒng)下，并產(chǎn)生彈性應(yīng)變時(shí)，能帶會(huì)有所改變。其中，正應(yīng)變分量引起導(dǎo)帶和價(jià)帶的整體移動(dòng)，移動(dòng)量分別為：ΔE_c＝a_c(ε_xx+ε_yy+ε_zz)，ΔE_v＝a_v(ε_xx+ε_yy+ε_zz)，其中a_c、a_v分別為半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶邊和價(jià)帶邊液體靜壓力形變勢(shì)，ε是各個(gè)方向的正壓力產(chǎn)生的應(yīng)變。

在晶格失配較大的情況下（7%～9%），只要晶體各層的厚度足夠薄，晶格失配所形成的應(yīng)力就可以通過各層的彈性應(yīng)變得到調(diào)節(jié)，這樣就可以生長(zhǎng)出無失配位錯(cuò)的應(yīng)變超晶格（Strained?Superlattice，簡(jiǎn)稱SSL）。利用超晶格結(jié)構(gòu)可以減小位錯(cuò)帶來的缺陷態(tài)密度，提高有效載流子濃度；此外，通過控制超晶格的應(yīng)變產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)可以定量地使半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂整體移動(dòng)，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)非簡(jiǎn)并的隧穿結(jié)有著十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種隧道結(jié)紫外LED外延結(jié)構(gòu)及制備方法，以提高p型AlGaN層的空穴載流子濃度，解決歐姆接觸瓶頸問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種應(yīng)變超晶格隧道結(jié)紫外LED外延結(jié)構(gòu)，包括外延生長(zhǎng)襯底，以及依次生長(zhǎng)在外延生長(zhǎng)襯底上的AlN緩沖層、n型AlGaN層、周期性多層量子阱、電子阻擋層、應(yīng)變超晶格、n型簡(jiǎn)并摻雜AlGaN層、n型Si摻雜AlGaN帽層；其中，所述應(yīng)變超晶格包括p型AlGaN層以及在其上繼續(xù)生長(zhǎng)的單層或多層Al_yGa_1-yN/Al_xGa_1-xN，其中，y>x>0.65。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述多層量子肼的材料為Al_0.65Ga_0.35N/Al_0.7Ga_0.3N，交替生長(zhǎng)。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述電子阻擋層的材料為Al_0.8Ga_0.2N/Al_0.77Ga_0.23N。