【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于半導體，具體涉及基于橫向生長的algan/gan異質結的大功率非極性紫外led及方法。
技術介紹
1、自上個世紀90年代gan基半導體有關二維電子氣的研究取得進展以來，以algan/gan異質結構為代表的高電子遷移率晶體管近年來在大功率高頻應用中大放異彩。m.s.shur和m.shatalov等分別提出了利用p-gan/p-algan單異質結實現了在異質結界面的空穴大量聚集，同時由于單勢壘的存在以及隧穿和熱發射的作用，垂直電導率提升。然而，其存在的缺陷是空穴離化率仍然較低，導致p型gan的歐姆接觸較差。
2、目前主流的制備方法中，紫外led量子阱區域中存在強極化效應導致的量子限制斯塔克效應，進而使得紫外led內量子效率低下。近年來，研究人員越來越關注非極性以及半極性的gan基led器件，由于量子阱的生長方向垂直于極化方向，因此有源區中不存在極化電場或者極化電場的影響可以忽略不計，目前已有大量針對非極性的ingan基的綠光led的研究，而非極性的algan量子阱還鮮有報道。
3、紫外led采用的algan材料具有較強的自發極化效應，易在量子阱區域產生強極化電場，導致能帶彎曲，電子和空穴波函數分離，即量子限制斯塔克效應，使得algan基紫外led面臨內量子效率低的問題。
4、同時，由于p型algan中mg處于深受主能級，導致p型摻雜的algan材料中的mg的離化率較低，造成了p型algan的低空穴濃度和低電導率。因此algan基紫外led的較低空穴注入率也是制約高效紫外led的發展的
5、對于algan基光電器件，較低和不對稱的電子和空穴濃度則會導致注入到有源區的電子泄漏到p型區，n型和p型區的電流擴展差，產生電流擁堵效應和熱量積累，最終導致器件發熱嚴重發光效率低下。
技術實現思路
1、為了克服上述現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供基于橫向生長的algan/gan異質結的大功率非極性紫外led及方法，通過橫向生長周期性algan/gan異質結建立多條導電溝道，利用極化效應提高量子阱中的載流子注入效率，同時量子阱區域采用非極性的algan，克服了量子限制斯塔克效應的影響，最后采用金剛石襯底增強散熱性。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：
3、基于橫向生長的algan/gan異質結的大功率非極性紫外led，自下而上包括襯底層、緩沖層、n型區、多量子阱層和p型區，其特征在于：
4、所述n型區為橫向生長的周期性n型algan/gan異質結，所述p型區為橫向生長的周期性p型algan/gan異質結。
5、所述襯底層為金剛石，進一步增強器件的導熱性。
6、所述緩沖層為非極性gan，非極性gan質量普遍較差，先采用合適的溫度生長緩沖層，使得緩沖層成核島呈現大而稀疏的分布，后高溫生長更趨于橫向生長，用于為非極性gan的外延生長提供成核位點，提高非極性gan外延層的晶體質量。
7、所述橫向生長的周期性n型algan/gan異質結通過刻蝕、再生長和n型摻雜形成，摻雜濃度為1016-1018cm-3，橫向交替生長的algan/gan異質結由于自發極化以及壓電極化，在異質結界面產生高面密度的凈束縛正電荷，吸引帶負電的電荷，形成多條二維電子氣導電溝道，故相當于提升了施主的載流子濃度。
8、所述多量子阱層為非極性alxga1-xn/alyga1-yn，將非平衡載流子限制在阱層中，電子和空穴在此區域進行輻射復合，發出光子。同時非極性的量子阱消除了量子限制斯塔克效應的影響，大大提升了發光效率，故為器件發光的主要結構。
9、所述橫向生長的周期性p型algan/gan層通過刻蝕、再生長和p型摻雜形成，摻雜濃度為1017-1019cm-3，橫向交替生長的algan/gan異質結由于自發極化以及壓電極化，在異質結界面產生高面密度的凈束縛負電荷，吸引帶正電的電荷，形成多條二維空穴氣導電溝道，故相當于提升了受主的載流子濃度。
10、所述非極性gan緩沖層厚度為3-4μm。
11、所述橫向生長的周期性交替生長的n型algan/gan異質結層，其厚度為1-2μm，周期數設置為5-10。
12、所述非極性alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱層，其厚度為100-300nm；每個周期的alxga1-xn阱層和alyga1-yn壘層的厚度分別為5-10nm和15-20nm，al含量x的調整范圍為0.0-0.5，al含量y的調整范圍為0.1-0.6。目的是將量子阱發光波長設置為紫外光波段。
13、所述橫向生長的周期性交替生長的p型algan/gan異質結層，其厚度為1-2μm，周期數設置為5-10。
14、基于橫向生長的algan/gan異質結的大功率非極性紫外led的制備方法，包括如下步驟：
15、1)對襯底進行清洗和烘干；
16、2)采用mocvd生長厚度為4-5μm的gan緩沖層；
17、3)在gan緩沖層上采用刻蝕工藝刻出厚度為1-2μm的gan凹槽；
18、4)然后采用mocvd工藝在刻蝕出來的gan側壁上生長出與凹槽厚度一致的algan，形成1-2μm周期性橫向生長的algan/gan異質結；
19、5)在橫向生長的algan/gan異質結n型層上采用mocvd工藝生長5-10個周期的非極性alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱層，alxga1-xn量子阱的厚度為5-10nm，alyga1-yn量子壘的厚度為15-20nm，al含量x的調整范圍為0.05-0.5，al含量y的調整范圍為0.15-0.6；
20、6)在最后的量子壘層上生長一層1-2μm?gan采用刻蝕工藝刻蝕出gan凹槽直至露出最后一層量子壘；
21、7)生長橫向生長的周期性p型algan/gan層。采用mocvd工藝在刻蝕出來的gan側壁上生長出與凹槽厚度一致的algan，形成周期性橫向生長的algan/gan異質結作為器件的p型區，得到大功率非極性紫外led。
22、外延工藝也可用mbe完成。
23、所述基于橫向生長的algan/gan異質結的大功率非極性紫外led結構，首先使用金剛石襯底增強散熱性，接著采用了橫向生長的周期性交替生長的p型和n型algan/gan異質結層，增強載流子的注入效率，最后采用了非極性量子阱結構提升發光效率。
24、本專利技術的有益效果：
25、1.相較于常規藍寶石襯底，創新性采用金剛石襯底，金剛石襯底具有良好的導熱性，適合在大功率的led上使用。
26、2.本專利技術創新性的采用了橫向生長的周期性n型algan/gan層和p型algan/gan層分別建立起多條二維電子氣和二維空穴氣導電溝道，同時利用極化效應提升電子和空穴的離化率，改善傳統algan基紫外led載流子注入效率本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于橫向生長的AlGaN/GaN異質結的大功率非極性紫外LED，自下而上包括襯底層、緩沖層、n型區、多量子阱層和p型區，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的基于橫向生長的AlGaN/GaN異質結的大功率非極性紫外LED，其特征在于，所述襯底層為金剛石，所述緩沖層為非極性GaN，所述金剛石襯底上非極性GaN緩沖層用于為非極性GaN的外延生長提供成核位點，提高非極性GaN外延層的晶體質量。
3.根據權利要求1所述的基于橫向生長的AlGaN/GaN異質結的大功率非極性紫外LED，其特征在于，所述橫向生長的周期性n型AlGaN/GaN層通過刻蝕、再生長和n型摻雜形成，摻雜濃度為1016-1018cm-3，橫向交替生長的AlGaN/GaN異質結由于自發極化以及壓電極化，在異質結界面產生高面密度的凈束縛正電荷，吸引帶負電的電荷，形成多條二維電子氣導電溝道。
4.根據權利要求1所述的基于橫向生長的AlGaN/GaN異質結的大功率非極性紫外LED，其特征在于，所述多量子阱層為非極性AlxGa1-xN/AlyGa1-yN，將非平衡載流子限制在阱層中，電子和
5.根據權利要求4所述的基于橫向生長的AlGaN/GaN異質結的大功率非極性紫外LED，其特征在于，所述非極性AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱層，其厚度為100-300nm；每個周期的AlxGa1-xN阱層和AlyGa1-yN壘層的厚度分別為5-10nm和15-20nm，Al含量x的調整范圍為0.0-0.5，Al含量y的調整范圍為0.1-0.6，將量子阱發光波長設置為紫外光波段。
6.根據權利要求1所述的基于橫向生長的AlGaN/GaN異質結的大功率非極性紫外LED，其特征在于，所述橫向生長的周期性p型AlGaN/GaN層通過刻蝕、再生長和p型摻雜形成，摻雜濃度為1017-1019cm-3，橫向交替生長的AlGaN/GaN異質結由于自發極化以及壓電極化，在異質結界面產生高面密度的凈束縛負電荷，吸引帶正電的電荷，形成多條二維空穴氣導電溝道。
7.根據權利要求1所述的基于橫向生長的AlGaN/GaN異質結的大功率非極性紫外LED，其特征在于，所述非極性GaN緩沖層厚度為3-4μm。
8.根據權利要求1所述的基于橫向生長的AlGaN/GaN異質結的大功率非極性紫外LED，其特征在于，所述橫向生長的周期性交替生長的n型AlGaN/GaN異質結層，其厚度為1-2μm，周期數設置為5-10。
9.根據權利要求1所述的基于橫向生長的AlGaN/GaN異質結的大功率非極性紫外LED，其特征在于，所述橫向生長的周期性交替生長的p型AlGaN/GaN異質結層，其厚度為1-2μm，周期數設置為5-10。
10.基于權利要求1-9任一項所述的橫向生長的AlGaN/GaN異質結的大功率非極性紫外LED的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.基于橫向生長的algan/gan異質結的大功率非極性紫外led，自下而上包括襯底層、緩沖層、n型區、多量子阱層和p型區，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的基于橫向生長的algan/gan異質結的大功率非極性紫外led，其特征在于，所述襯底層為金剛石，所述緩沖層為非極性gan，所述金剛石襯底上非極性gan緩沖層用于為非極性gan的外延生長提供成核位點，提高非極性gan外延層的晶體質量。
3.根據權利要求1所述的基于橫向生長的algan/gan異質結的大功率非極性紫外led，其特征在于，所述橫向生長的周期性n型algan/gan層通過刻蝕、再生長和n型摻雜形成，摻雜濃度為1016-1018cm-3，橫向交替生長的algan/gan異質結由于自發極化以及壓電極化，在異質結界面產生高面密度的凈束縛正電荷，吸引帶負電的電荷，形成多條二維電子氣導電溝道。
4.根據權利要求1所述的基于橫向生長的algan/gan異質結的大功率非極性紫外led，其特征在于，所述多量子阱層為非極性alxga1-xn/alyga1-yn，將非平衡載流子限制在阱層中，電子和空穴在此區域進行輻射復合，發出光子，同時非極性的量子阱消除了量子限制斯塔克效應的影響。
5.根據權利要求4所述的基于橫向生長的algan/gan異質結的大功率非極性紫外led，其特征在于，所述非極性alxga1-xn/alyga1-yn多量子阱層，其厚度為100-300nm；每個周期的alxga...
【專利技術屬性】
技術研發人員：許晟瑞，王海濤，賈敬宇，陶鴻昌，余森，張濤，許鈧，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：
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