[发明专利]具有n型低阻欧姆接触结构的深紫外芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有n型低阻欧姆接触结构的深紫外芯片及其制备方法，该深紫外芯片包括依次层叠设置的蓝宝石衬底、AlN本征层、n型AlGaN电子注入层、n型AlGaN辅助扩展层、n型AlGaN接触层、量子阱有源层、电子阻挡层、p型AlGaN空穴注入层、p型GaN接触层和p电极，还包括n电极；沿p型GaN接触层一侧刻蚀至n型AlGaN接触层，n型AlGaN接触层形成阶梯状结构，n电极设置于n型AlGaN接触层的刻蚀区域处；沿n型AlGaN电子注入层到n型AlGaN接触层方向，n型AlGaN辅助扩展层的掺杂浓度线性递增，且Al组分百分数线性递减。本发明通过引入掺杂浓度和Al组分百分数均渐变的n型AlGaN辅助扩展层，使深紫外LED芯片的n极接触电压降低，从而显著提升深紫外LED芯片的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及半导体光电领域，特别是一种具有n型低阻欧姆接触结构的深紫外芯片及其制备方法。

背景技术

Ⅲ族氮化物作为宽禁带半导体材料中的杰出代表，已经实现了高效的蓝绿光发光二极管、激光器等固态光源器件，其在平板显示、白光照明等应用方面取得了巨大成功。近十年来，人们期望将这种高效的发光材料应用于紫外波段，以满足日益增长的紫外光源需求。目前，传统紫外光源主要是汞灯，具有体积大、功耗高、电压高、污染环境等缺点，不利于其在日常生活及特殊环境下的应用。因此，人们迫切希望研制出一种高效的半导体紫外光源器件以替代传统的汞灯。现有研究表明Ⅲ族氮化物中的AlGaN是制备半导体紫外光源器件的最佳候选材料，AlGaN基紫外LED具有无毒环保、小巧便携、低功耗、低电压、易集成、寿命长、波长可调等诸多优势，有望在未来几年取得突破性进展以及广泛应用，并逐步取代传统紫外汞灯。

目前，Al_xGa_1-xN材料的禁带宽度可通过改变Al组分实现从3.4eV(GaN)到6.2eV(AlN)范围内的连续可调，能够实现从365nm到200nm光谱范围内的发光。其中，GaN的带边发光波长约为360nm，通常作为氮化物紫外发光二极管发光波段的一个划分标志。发光波长大于360nm的UV-LED的有源区采用和蓝光LED类似的GaN/InGaN量子阱(QWs)结构。其相关研究早在上世纪90年代就已开始，目前已成功商业化，外量子效率(EQE)也已超过40％，达到了与蓝光LED相比拟的水平。

然而在制备深紫外LED器件时，n型AlGaN材料与传统n-GaN材料的制备工艺相比存在诸多局限性，由于高Al组分的n型AlGaN材料所表现出的掺杂困难问题，并且n型欧姆接触电极的制备需要更为严苛的工艺要求；并且相较于GaN材料来说，AlGaN材料禁带宽度大，晶体质量较差，要使所制备的n型欧姆接触电极具有低阻特性十分困难，仅对n型接触层进行减薄，会引起电流在n型电子注入层与n型接触层之间产生集聚现象；由于难以实现在高Al含量AlGaN材料下制备低阻n型欧姆接触电极，使得深紫外LED芯片工作电压难以降低，从而制约了紫外外延芯片的光电转换效率。故需要提出一种新的深紫外LED芯片制备手段用于解决上述现有问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有n型低阻欧姆接触结构的深紫外芯片及其制备方法，用于解决现有技术中电流会在n型AlGaN电子注入层与n型AlGaN接触层之间产生集聚现象而导致深紫外LED效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的第一解决方案为：一种具有n型低阻欧姆接触结构的深紫外芯片，包括依次层叠设置的蓝宝石衬底、AlN本征层、n型AlGaN电子注入层、n型AlGaN辅助扩展层、n型AlGaN接触层、量子阱有源层、电子阻挡层、p型AlGaN空穴注入层、p型GaN接触层和p电极，还包括n电极；沿p型GaN接触层一侧刻蚀至n型AlGaN接触层，n型AlGaN接触层形成阶梯状结构，n电极设置于n型AlGaN接触层的刻蚀区域处，刻蚀后n型AlGaN接触层的厚度为n型AlGaN接触层初始厚度的0.1～0.9倍；沿n型AlGaN电子注入层到n型AlGaN接触层方向，n型AlGaN辅助扩展层的掺杂浓度线性递增，且Al组分百分数线性递减。