[发明专利]一种深紫外LED外延结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种应用于深紫外发光二极管的外延结构及制备方法，具体步骤如下：提供一平片衬底；生长AlN缓冲层；对AlN缓冲层进行等离子体预处理；生长AlN低温层；生长AlN高温层；生长n型AlGaN层；生长Al_xGa_1‑xN/Al_yGa_1‑yN多量子阱有源层；生长Mg掺杂的p型AlGaN层，Mg掺杂的p型AlGaN层和Mg掺杂的p型GaN层。通过等离子体轰击AlN缓冲层表面以在AlN缓冲层铺上一层气体原子，AlN缓冲层所铺上的一层气体原子改变了AlN缓冲层表面的极性，使得后续在AlN缓冲层沉积吸附的AlN的晶体原子排列较为整齐，从而减少了外延层中的晶体缺陷，改善AlN薄膜的晶体质量，减少穿透位错，提升深紫外发光二极管的光电性能。

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，特别是涉及一种深紫外LED外延结构及其制备方法。

背景技术

随着LED应用的发展，紫外LED的市场需求越来越大，发光波长覆盖210-400nm的紫外LED，具有传统的紫外光源无法比拟的优势。紫外LED不仅可以用在照明领域，同时在生物医疗、防伪鉴定、空气，水质净化、生化检测、高密度信息储存等方面都可替代传统含有毒有害物质的紫外汞灯，在目前的LED背景下，紫外光市场前景非常广阔。

目前，紫外LED外延生长技术还不够成熟，生长高性能紫外LED的材料制备困难，并且p层掺杂难度大，发光区域发光效率低下等限制，导致紫外LED芯片的发光效率不高，制备成本高，难度大，成品率低。

为了提高AlGaN基深紫外LED的发光效率，如何改善AlGaN材料的晶体质量是研究重点之一。由于同质衬底的匮乏，III族氮化物材料通常是异质外延在蓝宝石衬底上，为了降低AlGaN材料的位错密度，提高其晶体质量，在生长AlGaN材料前需要首先在蓝宝石上生长一层二元AlN材料。一方面，二元AlN材料不存在三元AlGaN材料中的组分偏析问题，在高温下生长的AlN材料晶体质量更好；另一方面，AlGaN材料的晶格常数较AlN材料的大，在AlN材料上生长的AlGaN材料会受到来自于AlN材料的压应力，这样可以避免AlGaN材料外延过厚而开裂。因此，改善AlN外延层的晶体质量是提高深紫外LED发光效率的前提。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中深紫外LED外延结构的AlGaN材料的位错密度高、晶体质量差的不足之处，提供一种深紫外LED外延结构的制备方法。

为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为，一种深紫外LED外延结构的制备方法，包括如下步骤：

S1、将平片衬底置于MOCVD设备即金属有机物化学气相淀积设备中，在平片衬底上生长AlN缓冲层；

S2、将长有AlN缓冲层的平片衬底从MOCVD设备中取出，放入物理气相沉积设备即PVD设备中，在AlN缓冲层的上表面进行等离子体预处理；

S3、将等离子体预处理后的平片衬底置于MOCVD设备中，依次在AlN缓冲层上生长AlN低温层、AlN高温层、n型AlGaN层、Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源层、Mg掺杂的p型AlGaN阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层和Mg掺杂的p型GaN层，其中xy；

S4、采用纯氮气氛围退火处理，即制得深紫外LED外延结构。

作为深紫外LED外延结构的制备方法进一步的改进：

优选的，所述平片衬底(1)为蓝宝石、硅或者碳化硅中的一种，厚度为100-1500nm。

优选的，步骤S1中所述AlN缓冲层(2)的厚度为1-100nm，生长温度为1000-1100℃，生长压力10-200mbar，通入氨气和三甲基铝即TMAl作为反应物，反应气源V/III摩尔比为100-300。