[發明專利]AlGaN基深紫外發光二極管及其AlGaN外延片和制備方法

在審

• 申請號: 202011050018.4
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN111987197A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 孫曉娟;隋佳恩;蔣科;張山麗;石芝銘
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明涉及AlGaN基深紫外發光二極管及其AlGaN外延片和制備方法，所述AlGaN基深紫外發光二極管和所述AlGaN外延片采用單層圖形化BN緩沖層作為緩沖層，利用單層BN的層間采用范德華力的特點，可以有效地降低外延層中的應力大小；利用單層BN與外延層同屬III族氮化物的特性，可以獲得較好的外延兼容性；此外，利用圖形化BN緩沖層的圖形密度和圖形大小可控的特點，可以實現氮化物生長時成核中心位置均勻性和密度的可控，以此提升所述AlGaN外延片的結晶質量和降低所述AlGaN外延片的位錯密度，從而提高所述AlGaN外延片的內量子效率。

技術領域

本發明涉及一種深紫外發光二極管，特別是涉及一種高內量子效率的AlGaN基深紫外發光二極管及其AlGaN外延片和制備方法，所述AlGaN基深紫外發光二極管和所述AlGaN外延片均采用單層圖形化BN緩沖層作為緩沖層。

背景技術

根據不同波長范圍，紫外光可劃分為：長波紫外UVA(320nm-400nm)、中波紫外UVB(280nm-320nm)、短波紫外UVC(200nm-280nm)和真空紫外Vacuum UV(10-200nm)。紫外線波長在200nm-350nm的光線被稱為深紫外線。深紫外發光二極管具有節能、環保、安全、壽命長、低耗、低熱等優點，因而深紫外發光二極管被廣泛應用于生物化學、殺菌、凈水、醫藥、農業、照明、高密度光存儲光源、熒光分析系統以及相關的信息傳感等領域。為獲得工作效率高且工作效果好的深紫外發光二極管，提高深紫外發光二極管的內量子效率變得尤為重要。

對于紫外同質集成光芯片而言，AlGaN基半導體材料是理想的器件制備材料。因為AlGaN是直接禁帶半導體，隨Al組分變化，其禁帶寬度在3.4eV～6.2eV之間連續可調,覆蓋了大部分紫外波段，而且其具有穩定的物理化學性質，有良好的應用潛力。

目前制約AlGaN基深紫外發光二極管發展的主要問題在于缺乏與AlGaN晶格匹配的襯底材料，在AlGaN基深紫外發光二極管的襯底進行異質外延時，由于襯底與氮化物半導體之間存在較大的晶格失配和熱膨脹系數的差異，導致在襯底上生長的氮化物薄膜及器件存在著較多穿透位錯，這些位錯對于AlGaN基深紫外發光二極管的內量子效率影響極大，高位錯密度的AlGaN多量子阱的內量子效率只有1％，想要獲得大于60％內量子效率的深紫外發光二極管，其材料的位錯密度需要低于5×10⁸cm^-2。

發明內容

基于此，本發明的一目的是，提供一種結晶質量好、位錯密度低的AlGaN外延片以及具有高內量子效率的AlGaN基深紫外發光二極管及其制備方法。

一種AlGaN外延片，包括：由下而上依次包括：襯底、單層圖形化BN緩沖層、AlGaN層，其中所述單層圖形化BN緩沖層作為緩沖層。

在本發明的一實施例中，所述襯底為藍寶石襯底、硅襯底、碳化硅襯底中的任一種。

在本發明的一實施例中，所述單層圖形化BN緩沖層被設置采用化學氣相沉積法或物理氣相沉積法直接在所述襯底上生長形成。

在本發明的一實施例中，所述單層圖形化BN緩沖層被設置采用化學氣相沉積法或物理氣相沉積法生長形成后轉移至所述襯底表面。

在本發明的一實施例中，所述單層圖形化BN緩沖層被設置通過離子束刻蝕的方式獲取。

在本發明的一實施例中，所述單層圖形化BN緩沖層的圖形為圓形或六邊形。

在本發明的一實施例中，所述AlGaN層采用化學氣相沉積法進行制備。

一種AlGaN基深紫外發光二極管，包括所述AlGaN外延片和于所述AlGaN外延片依次生長的Al_xGa1-_xN/Al_yGa1-_yN多量子阱層、p型AlGaN層、p型GaN層。