[发明专利]一种深紫外半导体发光二极管外延结构

权利要求书

1.一种深紫外半导体发光二极管外延结构，其特征为该外延结构沿着外延方向依次包括图形衬底、半导体缓冲层、n型半导体材料层、多量子阱层、p型电子阻挡层和p型半导体材料传输层；

所述的图形衬底上刻蚀有凹槽，凹槽为规则或不规则的凹坑，尺寸在500nm～20μm之间；相邻凹槽之间的间距5～30μm；

其中，图形衬底表面的每个凹槽上，均向上垂直生长有一个空腔结构，空腔结构穿过半导体缓冲层、n型半导体材料层、多量子阱层，空腔结构的顶部位置为以下三种：

第一种，聚合在p型电子阻挡层，空腔结构在p型电子阻挡层内的聚合深度为10～100nm；

或者，第二种，继续穿过p型电子阻挡层，聚合在p型半导体材料传输层，空腔结构在p型半导体材料传输层内的聚合深度为10～500nm；

或者，第三种，继续穿过p型电子阻挡层和p型半导体材料传输层，空腔结构不聚合，在p型半导体材料传输层表面显现为圆孔。

2.如权利要求1所述的深紫外半导体发光二极管外延结构，其特征为所述的空腔结构为锥形或圆柱状，当为锥形时，锥度在0.75～0.85之间。

3.如权利要求1 所述的深紫外半导体发光二极管外延结构，其特征为所述凹槽的投影形状为圆形或矩形，深度在200nm～20μm之间。

4.如权利要求1所述的深紫外半导体发光二极管外延结构，其特征为所述的凹槽规则排列，在衬底上形成矩形阵列或环形放射状排列图形。

5.如权利要求1所述的深紫外半导体发光二极管外延结构，其特征为所述图形衬底为蓝宝石、SiC、Si、AlN、GaN或石英玻璃图形衬底，沿着外延生长方向的不同可以分成极性面[0001]衬底、半极性面[11-22]衬底或非极性面[1-100]衬底；

所述半导体缓冲层为AlN，厚度为0.1～10μm，具有空腔结构；

所述n型半导体材料层的材质为硅掺杂n型Al_x1Ga_1-x1N，应保证各组分系数0≤x1≤1，1≥1-x1-y1≥0，厚度为0.1～10μm；

所述多量子阱层材质为 Al_x2Ga_1-x2N/Al_x3Ga_1-x3N，其中，应保证各组分系数0≤x2≤1,1≥1-x2≥0，0≤x3≤1,1≥1-x3≥0，量子垒的禁带宽度应高于量子阱的禁带宽度，量子阱的个数大于等于1，量子阱 Al_x2Ga_1-x2N厚度为1～20nm，量子垒Al_x3Ga_1-x3N厚度为3～50nm，具有空腔结构；

所述p型电子阻挡层的材质为镁掺杂p型Al_x4Ga_1-x4N，应保证各组分系数0≤x4≤1,1≥1-x4≥0，厚度为10～100nm；

所述p型半导体材料传输层为p型Al_x5Ga_1-x5N，应保证各组分系数0≤x5≤1,1≥1-x5≥0，p型Al_x5Ga_1-x5N厚度为1～500nm。

6.如权利要求1所述的深紫外半导体发光二极管外延结构的制备方法，该方法包括如下步骤：

第一步，通过全息光刻技术或纳米压印技术在衬底上刻出图形状分布的凹槽；

第二步，在MOCVD（金属有机化合物化学气相沉积）反应炉中，将第一步得到的图形衬底在1100～1300℃进行烘烤，处理掉衬底表面异物；

第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步处理后的图形衬底上沉积厚度为10～50nm的半导体缓冲层，所述半导体缓冲层中保留有空腔结构；

第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步得到的图形衬底上沉积厚度为500～10000nm的掺杂Si的N型半导体材料层，所述N型半导体材料层保留有空腔结构；

第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步得到的N型半导体材料层上生长多量子阱层，所述多量子阱层材质为 Al_x2Ga_1-x2N/Al_x3Ga_1-x3N，应保证各组分系数0≤x2≤1,1≥1-x2≥0，0≤x3≤1,1≥1-x3≥0，其中，量子垒Al_x3Ga_1-x3N的厚度为3～50nm，量子阱Al_x2Ga_1-x2N的厚度为1～20nm，其量子阱的个数大于1，所述多量子阱层中保留有空腔结构；

第六步，在第五步得到的多量子阱层上，依次生长厚度为10～100nm的掺杂Mg的P型电子阻挡层，和厚度为10～500nm的掺杂Mg的P型半导体材料传输层。