[發(fā)明專利]一種準(zhǔn)垂直結(jié)構(gòu)p-金剛石/i-SiC/n-金剛石LED及其制作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810182721.7
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108321271A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王宏興;劉璋成;趙丹;張明輝;王瑋;問峰;卜忍安;侯洵
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H01L33/34
• 分類號: H01L33/34;H01L33/64;H01L33/00
• 代理公司: 陜西增瑞律師事務(wù)所 61219
• 代理人: 劉春

本發(fā)明公開了一種準(zhǔn)垂直結(jié)構(gòu)p?金剛石/i?SiC/n?金剛石LED及其制作方法，其中，一種準(zhǔn)垂直結(jié)構(gòu)p?金剛石/i?SiC/n?金剛石LED，包括依次層疊設(shè)置的單晶金剛石襯底和p型硼高摻雜金剛石層，p型硼高摻雜金剛石層上方依次設(shè)置有i型碳化硅層、n型磷高摻雜金剛石層、歐姆接觸電極和保護(hù)金屬層，p型硼高摻雜金剛石層上方還依次設(shè)置有歐姆接觸電極和保護(hù)金屬層，解決了金剛石LED發(fā)光效率問題。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種準(zhǔn)垂直結(jié)構(gòu)p-金剛石/i-SiC/n-金剛石LED及其制作方法。

【背景技術(shù)】

發(fā)光二極管(LED)具有高效率、長壽命、節(jié)能和環(huán)保等優(yōu)點，目前廣泛應(yīng)用于指示燈、數(shù)碼管、顯示屏、信號燈和固態(tài)照明等領(lǐng)域。作為一種全新的照明技術(shù)，LED是利用半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料、直接將電能轉(zhuǎn)換為光能的發(fā)光器件。自20世紀(jì)60年代世界第一個半導(dǎo)體發(fā)光二極管誕生以來，LED照明由于具有壽命長、節(jié)能、色彩豐富、安全、環(huán)保的特性，被譽為人類照明的第三次革命。2014年諾貝爾物理學(xué)獎就授予給了藍(lán)光LED的發(fā)明者，其所用材料為GaN。目前，LED的研究向著紫外和深紫外延伸。深紫外光是指波長100納米到280納米之間的光波，半導(dǎo)體深紫外光源在照明、殺菌、醫(yī)療、印刷、生化檢測、高密度的信息儲存和保密通訊等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價值。深紫外LED除菌凈化功能已日漸被廣泛應(yīng)用在醫(yī)療和健康領(lǐng)域，作為新一代紫外殺菌技術(shù)，具有無汞、安全環(huán)保和廣泛的環(huán)境適應(yīng)性等特點，屬于物理廣譜殺菌，無化學(xué)殘留特性。與常見的用于照明的LED相比，深紫外LED在材料、工藝和應(yīng)用方面有明顯區(qū)別，其要求材料的禁帶寬度比較大，氮化鎵材料難以勝任，因此需要尋找合適的散熱材料。此時，金剛石材料就是最佳的選擇。金剛石的禁帶寬度為5.5eV，載流子遷移率大，熱導(dǎo)率最高，對深紫外到遠(yuǎn)紅外光的透過性好，十分適合制備LED。一般而言，金剛石LED是p-金剛石/i-金剛石/n-金剛石結(jié)構(gòu)，這種情況下，i層的發(fā)光波長與n層的吸收波長一致，會影響金剛石的發(fā)光效率。因此，需要尋求一種禁帶寬度略窄的材料來做有源層，并且由于異質(zhì)結(jié)的存在可以形成勢阱，提高復(fù)合概率，從而提高發(fā)光效率。盡管減少n型磷高摻雜金剛石層的厚度能夠減少光吸收，但是無法完全避免。因此，我們從能帶結(jié)構(gòu)入手，尋求一種禁帶寬度略窄的材料來做有源層，從而稍微降低發(fā)光波長，使得n型磷高摻雜金剛石層不吸收i型碳化硅層發(fā)出的光，提高發(fā)光效率。并且由于異質(zhì)結(jié)的存在可以形成勢阱，有利于空穴和電子的積累，提高復(fù)合概率，也能提高發(fā)光效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是提供一種準(zhǔn)垂直結(jié)構(gòu)p-金剛石/i-SiC/n-金剛石LED及其制作方法，以解決金剛石LED發(fā)光效率問題。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種準(zhǔn)垂直結(jié)構(gòu)p-金剛石/i-SiC/n-金剛石LED，包括依次層疊設(shè)置的單晶金剛石襯底和p型硼高摻雜金剛石層，p型硼高摻雜金剛石層上方依次設(shè)置有i型碳化硅層、n型磷高摻雜金剛石層、歐姆接觸電極和保護(hù)金屬層，p型硼高摻雜金剛石層上方還依次設(shè)置有歐姆接觸電極和保護(hù)金屬層。

進(jìn)一步的，i型碳化硅層生長于單晶金剛石襯底1上的生長條件為：選用氣體CH₄、H₂和SiH₄，氣壓為100-130Torr，氣體流量為500sccm，CH₄與H₂的體積比為0.01％-10％，SiH₄與CH₄的體積比為0.5-1.5，單晶金剛石襯底1溫度為850-1050℃。

進(jìn)一步的，i型碳化硅層的厚度為1-100nm，缺陷密度小于10¹⁰cm^-2。

進(jìn)一步的，p型硼高摻雜金剛石層為硼摻雜層，摻雜濃度NA>10¹⁹cm^-3，厚度為1-10μm。