CN113328016B - 一种AlInGaN紫外发光器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种AlInGaN紫外发光器件及其制备方法，紫外发光器件的缓冲层设置为非掺杂AlInGaN半导体层组，其结构包括：至少两个非掺杂AlInGaN半导体层，每两个相邻的非掺杂AlInGaN半导体层之间设置有非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层，非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的晶格常数大于非掺杂AlInGaN半导体层。本发明通过在非掺杂AlInGaN半导体层或N型掺杂AlInGaN半导体层中设置AlInGaN半导体翘曲调节层，降低器件加工过程中的翘曲度，提高了紫外发光器件的发光效率。

Description

一种AlInGaN紫外发光器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种AlInGaN紫外发光器件及其制备方法。
背景技术
半导体发光器件因其优异的特性被广泛应用于制备可见光，紫光，紫外光，而半导体发光器件也正在逐步改变人类的生活。半导体可见光器件给了人类光明，节约了能源。半导体紫光和紫外光和半导体可见光一样，正在逐步进入人们的视野。自然界的紫外光有很强的使用价值，比如说UVA波段的紫外固化功能，UVB波段的紫外医疗功能，UVC波段的紫外杀菌功能。然后自然界的紫外光比较难收集利用，并且因为大气层的吸收，地球上UVC波段几乎不存在。所以，为了更好地利用紫外光的价值，紫外发光二极管的研发和生产最近成了半导体领域的热门。因大气层的吸收，高价值的紫外发光器件需要人造。目前，紫外发光器件主要采用AlInGaN作为生长材料，利用CVD外延生长方法生长出所需要的发光结构。
而第三代半导体材料AlInGaN具有诸多问题，使得其在制备紫外发光器件时难度较大。AlInGaN的诸多问题表现在如下几个方面，1、生长过程中使用高温，因衬底和AlInGaN材料之间的膨胀吸收以及晶格常数的差别，导致翘曲过大。翘曲过大会导致芯片加工过程中碎片、吸附不牢、容易出现定位偏差等等不良，使得芯片加工难度和良率明显提高；2、翘曲过大带来的内应力非常大，导致AlInGaN量子阱能带弯曲严重，使得量子阱区的电子空穴复合效率低。
目前2英寸AlInGaN紫外外延片的翘曲大概在120～150微米，此翘曲极大影响芯片加工。同时，AlInGaN紫外材料的晶体质量较差，AlInGaN紫外发光器件的内量子效率大概只有50%，导致其发光效率也较低，20milx20mil的芯片在100mA驱动电流下发光亮度约10mW，发光效率低导致杀菌效率也偏低，极大地限制了紫外光的使用场景。
发明内容
本发明的目的是提供一种AlInGaN紫外发光器件及其制备方法，实现在器件加工过程中降低器件的翘曲度，提高紫外发光器件的发光效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种AlInGaN紫外发光器件，所述紫外发光器件由下至上依次包括：衬底层、非掺杂AlInGaN半导体层组、N型掺杂AlInGaN半导体层组、AlInGaN半导体多量子阱层、P型AlInGaN电子阻挡层、P型AlInGaN传输层和P型AlInGaN接触层；
其中，所述非掺杂AlInGaN半导体层组包括：至少两个非掺杂AlInGaN半导体层，每两个相邻的所述非掺杂AlInGaN半导体层之间设置有非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的晶格常数大于所述非掺杂AlInGaN半导体层；
和/或，所述N型掺杂AlInGaN半导体层组包括：至少两个N型掺杂AlInGaN半导体层，每两个相邻的所述N型掺杂AlInGaN半导体层之间设置有N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层，所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的晶格常数大于所述N型掺杂AlInGaN半导体层。
可选的，所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料为：Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，x1和y1分别表示所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤x1+y1≤1，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，式中，x2和y2分别表示非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料中Al和In的组分，0≤x2≤1，0≤y2≤1，0≤x2+y2≤1，x1＜x2。
可选的，所述N型掺杂AlInGaN半导体层的材料为：N型掺杂浓度范围为1×1018cm-3到1×1020cm-3的Alx4Iny4Ga1-x4-y4N，式中，x4和y4分别表示N型掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x4≤1，0≤y4≤1，0≤x4+y4≤1，所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：N型掺杂浓度范围为1×1018cm-3到1×1020cm-3的Alx5Iny5Ga1-x5-y5N，式中，x5和y5分别表示N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料中Al和In的组分，0≤x5≤1，0≤y5≤1，0≤x5+y5≤1，x4＜x5。
可选的，所述非掺杂AlInGaN半导体层组中最上层的非掺杂AlInGaN半导体层的材料为：Alx3Iny3Ga1-x3-y3N，式中，x3和y3分别表示所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x3≤1，0≤y3≤1，0≤x3+y3≤1，x5＜x3。
可选的，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的生长温度低于所述非掺杂AlInGaN半导体层的生长温度。
可选的，所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的生长温度低于所述N型掺杂AlInGaN半导体层的生长温度。
为实现上述目的，本发明还提供了一种AlInGaN紫外发光器件的制备方法，包括：
由下至上依次形成衬底层、非掺杂AlInGaN半导体层组、N型掺杂AlInGaN半导体层组、AlInGaN半导体多量子阱层、P型AlInGaN电子阻挡层、P型AlInGaN传输层和P型AlInGaN接触层；
其中，所述非掺杂AlInGaN半导体层组包括：至少两个非掺杂AlInGaN半导体层，每两个相邻的所述非掺杂AlInGaN半导体层之间设置有非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的晶格常数大于所述非掺杂AlInGaN半导体层；
和/或，
所述N型掺杂AlInGaN半导体层组包括：至少两个N型掺杂AlInGaN半导体层，每两个相邻的所述N型掺杂AlInGaN半导体层之间设置有N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层，所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的晶格常数大于所述N型掺杂AlInGaN半导体层。
进一步的，所述形成非掺杂AlInGaN半导体层组的过程包括：
在所述衬底层上生长第一非掺杂AlInGaN半导体层；
将所述第一非掺杂AlInGaN半导体层作为生长层，进行非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节步骤至少一次；
其中，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节步骤包括：
在最新形成的生长层上生长所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层；
在所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层上生长第二非掺杂AlInGaN半导体层，将所述第二非掺杂AlInGaN半导体层作为新的生长层。
进一步的，所述形成N型掺杂AlInGaN半导体层组的过程包括：
在所述非掺杂AlInGaN半导体层组上生长第一N型掺杂AlInGaN半导体层；
将所述第一N型掺杂AlInGaN半导体层作为生长层，进行N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节步骤至少一次；
其中，所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节步骤包括：
在最新形成的生长层上生长所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层；
在所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层上生长第二N型掺杂AlInGaN半导体层，将所述第二N型掺杂AlInGaN半导体层作为新的生长层。
可选的，所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料为：Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，x1和y1分别表示所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤x1+y1≤1，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，式中，x2和y2分别表示非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料中Al和In的组分，0≤x2≤1，0≤y2≤1，0≤x2+y2≤1，x1＜x2。
可选的，所述N型掺杂AlInGaN半导体层的材料为：N型掺杂浓度范围为1×1018cm-3到1×1020cm-3的Alx4Iny4Ga1-x4-y4N，式中，x4和y4分别表示N型掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x4≤1，0≤y4≤1，0≤x4+y4≤1，所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：N型掺杂浓度范围为1×1018cm-3到1×1020cm-3的Alx5Iny5Ga1-x5-y5N，式中，x5和y5分别表示N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料中Al和In的组分，0≤x5≤1，0≤y5≤1，0≤x5+y5≤1，x4＜x5。
可选的，所述非掺杂AlInGaN半导体层组中最上层的非掺杂AlInGaN半导体层的材料为：Alx3Iny3Ga1-x3-y3N，式中，x3和y3分别表示所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x3≤1，0≤y3≤1，0≤x3+y3≤1，x5＜x3。
可选的，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的生长温度低于任一所述非掺杂AlInGaN半导体层的生长温度。
可选的，所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的生长温度低于任一所述N型掺杂AlInGaN半导体层的生长温度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种AlInGaN紫外发光器件及其制备方法，所述紫外发光器件从下到上依次包括：衬底层、非掺杂AlInGaN半导体层组、N型掺杂AlInGaN半导体层组、AlInGaN半导体多量子阱层、P型AlInGaN电子阻挡层、P型AlInGaN传输层、P型AlInGaN接触层；所述非掺杂AlInGaN半导体层和/或所述N型掺杂AlInGaN半导体层内设置有AlInGaN半导体翘曲调节层。本发明通过在非掺杂AlInGaN半导体层或N型掺杂AlInGaN半导体层中设置AlInGaN半导体翘曲调节层，在器件加工过程中降低器件的翘曲度，提高了紫外发光器件的发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的AlInGaN紫外发光器件的示意图；
图2为本发明实施例2提供的AlInGaN紫外发光器件的示意图；
图3为本发明实施例3提供的AlInGaN紫外发光器件的示意图；
图4为本发明实施例4提供的AlInGaN紫外发光器件的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种AlInGaN紫外发光器件，实现在加工过程中降低器件的翘曲度，提高紫外发光器件的发光效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种AlInGaN紫外发光器件，紫外发光器件从下到上依次包括：衬底层、非掺杂AlInGaN半导体层组、N型掺杂AlInGaN半导体层组、AlInGaN半导体多量子阱层、P型AlInGaN电子阻挡层、P型AlInGaN传输层和P型AlInGaN接触层。
其中，非掺杂AlInGaN半导体层组包括：至少两个非掺杂AlInGaN半导体层，每两个相邻的非掺杂AlInGaN半导体层之间设置有非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层，非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的晶格常数大于非掺杂AlInGaN半导体层；
和/或，N型掺杂AlInGaN半导体层组包括：至少两个N型掺杂AlInGaN半导体层，每两个相邻的N型掺杂AlInGaN半导体层之间设置有N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层，N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的晶格常数大于N型掺杂AlInGaN半导体层。
由于衬底材料的晶格常数和AlInGaN材料的晶格常数不一样，导致了衬底上生长AlInGaN材料缓冲层时会发生严重的晶格失配，这种晶格失配会导致AlInGaN材料一直处于应变状态，这是导致AlInGaN器件翘曲高的一个原因。因此本发明为了解决翘曲问题，我们在生长AlInGaN材料中插入一层或多层晶格常数越低的AlInGaN材料，能够有效拉低缓冲层AlInGaN材料晶格常数水平，完美解决AlInGaN材料翘曲过大的问题。
在本发明实施例中，非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的生长温度低于非掺杂AlInGaN半导体层的生长温度。N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的生长温度低于N型掺杂AlInGaN半导体层的生长温度。
由于在衬底上生长AlInGaN材料，以蓝宝石衬底为例，因为衬底材料的膨胀系数比AlInGaN材料的膨胀系数高，导致在高温生长过程中衬底材料处于较大的压应力水平。而生长完成后，温度需要从高温下降到室温，温度下降过程由于膨胀系数的差别，衬底材料始终处于压应变的情况，从而导致翘曲，而且生长温度越高翘曲会越严重，这也是为什么生长AlInGaN材料的翘曲比较高的一个原因，因为AlInGaN材料生长需要非常高的温度，温度超过1100度，甚至到1200度以上。所以，为了解决这个问题，本发明在高温生长AlInGaN材料的过程中插入一层或多层低温生长的AlInGaN材料，能够有效拉低AlInGaN材料翘曲水平，完美解决AlInGaN材料翘曲过大的问题。
衬底为蓝宝石、Si、SiC、AlN、石英玻璃或GaN。
非掺杂AlInGaN半导体层的材料为：Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，x1和y1分别表示非掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤x1+y1≤1，非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，式中，x2和y2分别表示非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料中Al和In的组分，0≤x2≤1，0≤y2≤1，0≤x2+y2≤1，x1＜x2。
N型掺杂AlInGaN半导体层的材料为：N型掺杂浓度范围为1×1018cm-3到1×1020cm-3的Alx4Iny4Ga1-x4-y4N，式中，x4和y4分别表示N型掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x4≤1，0≤y4≤1，0≤x4+y4≤1，N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：N型掺杂浓度范围为1×1018cm-3到1×1020cm-3的Alx5Iny5Ga1-x5-y5N，式中，x5和y5分别表示N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料中Al和In的组分，0≤x5≤1，0≤y5≤1，0≤x5+y5≤1，x4＜x5。
因为Al原子和Ga原子的直径不一样，所以AlInGaN材料中Al组份不一致会影响AlInGaN材料的晶格常数，Al组份越高AlInGaN材料的晶格常数越低。所以，为了解决翘曲问题，本发明在生长AlInGaN材料中插入一层或多层高Al组份的AlInGaN材料，能够有效拉低AlInGaN材料晶格常数水平，完美解决AlInGaN材料翘曲过大的问题。
在非掺杂AlInGaN半导体层组中只设置一个翘曲调节层的实施例中，非掺杂AlInGaN半导体层组从下到上依次包括：第一非掺杂AlInGaN半导体层、非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层和第二非掺杂AlInGaN半导体层。第二非掺杂AlInGaN半导体层即非掺杂AlInGaN半导体层组中的最上层。
第一非掺杂半导体材料为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，厚度为200～5000nm。非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，厚度为20～1000nm。此非掺杂半导体翘曲调节层材料生长的温度比第一非掺杂半导体材料温度低100～300度。第二非掺杂半导体材料为Alx3Iny3Ga3-x3-y3N，式中，0≤x3≤1，0≤y3≤1，0≤x3+y3≤1，厚度为0～5000nm。
在N型掺杂AlInGaN半导体层组中只设置一个翘曲调节层的实施例中，N型掺杂AlInGaN半导体层从下到上依次包括：第一N型掺杂AlInGaN半导体层、N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层和第二N型掺杂AlInGaN半导体层。
第一N型掺杂AlInGaN半导体层材料为Alx4Iny4Ga1-x4-y4N，其中第一N型掺杂AlInGaN半导体层材料的x4＜x3，此层厚度为500～5000nm，N型掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1020cm-3。
N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：N型掺杂浓度范围为1×1018cm-3到1×1020cm-3的Alx5Iny5Ga1-x5-y5N，N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料中Al的组分大于第一N型掺杂AlInGaN半导体层中Al的组份，即x4＜x5，同时x5＜x3。此层厚度为20～1000nm，N型掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1020cm-3。N型半导体翘曲调节层材料的生长温度比第一N型半导体材料温度低100～300度。
第二N型半导体材料为Alx6Iny6Ga1-x6-y6N，式中，0≤x6≤1，0≤y6≤1，0≤x6+y6≤1，其中第二N型半导体材料的x6＜x3，此层厚度为500～5000nm，N型掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1020cm-3。
AlInGaN半导体量子阱层的结构为AlInGaN/AlInGaN多量子阱结构，其中量子阱的周期为5～50nm，其量子阱个数大于1。同时，保证量子垒中垒的Al组分大于阱的Al组分。P型电子阻挡层、P型半导体传输层和P型半导体接触层都为AlInGaN材料，P型电子阻挡层、P型半导体传输层和P型半导体接触层的Al组分依次降低。P型电子阻挡层的厚度为2～100nm，P型掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1020cm-3。P型半导体传输层厚度为5～1000nm，P型掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1020cm-3。P型半导体接触层为P型高掺层，P型掺杂浓度为1×1019cm-3～1×1021cm-3，厚度为1～20nm。
本发明实施例还提供一种AlInGaN紫外发光器件的制备方法，如图1所示，该方法包括：
由下至上依次形成衬底层、非掺杂AlInGaN半导体层组、N型掺杂AlInGaN半导体层组、AlInGaN半导体多量子阱层、P型AlInGaN电子阻挡层、P型AlInGaN传输层和P型AlInGaN接触层。
其中，非掺杂AlInGaN半导体层组包括：至少两个非掺杂AlInGaN半导体层，每两个相邻的非掺杂AlInGaN半导体层之间设置有非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层，非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的晶格常数大于非掺杂AlInGaN半导体层；
和/或，N型掺杂AlInGaN半导体层组包括：至少两个N型掺杂AlInGaN半导体层，每两个相邻的N型掺杂AlInGaN半导体层之间设置有N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层，N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的晶格常数大于N型掺杂AlInGaN半导体层。
在本发明实施例中，形成非掺杂AlInGaN半导体层组的过程包括：首先，在衬底层上生长第一非掺杂AlInGaN半导体层。然后将第一非掺杂AlInGaN半导体层作为生长层，进行非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节步骤至少一次。
其中，非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节步骤包括：首先，在最新形成的生长层上生长非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层。然后，在非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层上生长第二非掺杂AlInGaN半导体层，将第二非掺杂AlInGaN半导体层作为新的生长层。非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的生长温度低于任一非掺杂AlInGaN半导体层的生长温度。
在本发明实施例中，形成N型掺杂AlInGaN半导体层组的过程包括：首先，在非掺杂AlInGaN半导体层组上生长第一N型掺杂AlInGaN半导体层。然后将第一N型掺杂AlInGaN半导体层作为生长层，进行N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节步骤至少一次。
其中，N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节步骤包括：首先，在最新形成的生长层上生长N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层。然后在N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层上生长第二N型掺杂AlInGaN半导体层，将第二N型掺杂AlInGaN半导体层作为新的生长层。N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的生长温度低于任一N型掺杂AlInGaN半导体层的生长温度。
由于衬底材料在高温生长过程中衬底材料处于较大的压应力水平，而生长完成后，温度需要从高温下降到室温，温度下降过程由于膨胀系数的差别，衬底材料始终处于压应变的情况，从而导致翘曲，因此，本发明上述过程中，在高温生长AlInGaN材料的过程中插入一层或多层低温生长的AlInGaN材料，能够有效拉低AlInGaN材料翘曲水平。
非掺杂AlInGaN半导体层的材料为：Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，x1和y1分别表示非掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤x1+y1≤1，非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，式中，x2和y2分别表示非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料中Al和In的组分，0≤x2≤1，0≤y2≤1，0≤x2+y2≤1，x1＜x2。
N型掺杂AlInGaN半导体层的材料为：N型掺杂浓度范围为1×1018cm-3到1×1020cm-3的Alx4Iny4Ga1-x4-y4N，式中，x4和y4分别表示N型掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x4≤1，0≤y4≤1，0≤x4+y4≤1，N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：N型掺杂浓度范围为1×1018cm-3到1×1020cm-3的Alx5Iny5Ga1-x5-y5N，式中，x5和y5分别表示N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料中Al和In的组分，0≤x5≤1，0≤y5≤1，0≤x5+y5≤1，x4＜x5。
非掺杂AlInGaN半导体层组中最上层的非掺杂AlInGaN半导体层的材料为：Alx3Iny3Ga1-x3-y3N，式中，x3和y3分别表示非掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x3≤1，0≤y3≤1，0≤x3+y3≤1，x5＜x3。
具体的，本发明提供了如下四个具体的实施例。
实施例1
如图1所示，一种AlInGaN紫外发光器件的结构包括：
101：衬底材料；
102：第一非掺杂AlInGaN半导体层；
103：非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层；
104：第二非掺杂AlInGaN半导体层；
105：N型掺杂AlInGaN半导体层；
106：AlInGaN半导体量子阱层；
107：P型AlInGaN电子阻挡层；
108：P型AlInGaN传输层；
109：P型AlInGaN接触层。
图1所示的一种AlInGaN紫外发光器件的制备方法，包括如下步骤：
（1）蓝宝石图形衬底放入高温MOCVD设备中，通入氢气，高温1100℃烘烤，清洗衬底表面的氧化物和杂质；
（2）高温1300度生长非掺杂的AlN层，AlN层的厚度控制在1.5μm；
（3）高温1100度生长非掺杂的AlN层，AlN层的厚度控制在200nm；
（4）高温1300度生长非掺杂的AlN层，AlN层的厚度控制在1.5μm；
（5）在此非掺杂的AlN层上生生长N型Al0.5Ga0.4N层，此N型Al0.5Ga0.4N层的厚度为2μm，生长温度为1150度，掺杂浓度1×1019cm-3；
（6）将温度调至量子阱温度1150度，生长Al0.25In0.01Ga0.74N/Al0.5In0.01Ga0.49N多量子阱的结构，周期厚度为10nm（其中阱宽为2nm，垒宽为8nm），其周期数为5；
（7）随后1150度生长一层50nm厚的P型Al0.65In0.01Ga0.34N电子阻挡层，掺杂浓度为1×1019cm-3；
（8）保持同一温度继续生长一层具有高空穴浓度和低紫外线吸收率的P型Al0.45In0.01Ga0.54N传输层，P型传输层的厚度为20nm，掺杂浓度为1×1019cm-3；
（9）最后生长一层具有高掺杂浓度的P型Al0.20Ga0.80N接触层，P型接触层的厚度为10nm，掺杂浓度为1×1020cm-3；
（10）生长完成后测试翘曲度，翘曲为80微米；测试内量子效率为70%；
（11）生长的外延片进行表面清洗，进行芯片制作，芯片大小为500μm×500μm。N电极蒸镀Ti/Au，厚度分别为100nm/100nm，形成良好的欧姆接触，蒸镀Ni/Au合金作为P型电极，厚度分别为1nm/10nm，形成良好的P 型欧姆接触；
（12）此芯片制成倒装芯片芯片大小为500μm×500μm的情况下，通入100mA电流，波长为275nm，亮度为30mW。
实施例2
如图2所示，一种AlInGaN紫外发光器件的结构包括：
201：衬底材料；
202：非掺杂AlInGaN半导体层；
203：第一N型掺杂AlInGaN半导体层；
204：N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层；
205：第二N型掺杂AlInGaN半导体层；
206：AlInGaN半导体量子阱层；
207：P型AlInGaN电子阻挡层；
208：P型AlInGaN传输层；
209：P型AlInGaN接触层。
图2所示的一种AlInGaN紫外发光器件的制备方法，包括如下步骤：
（1）蓝宝石图形衬底放入高温MOCVD设备中，通入氢气，高温1100℃烘烤，清洗衬底表面的氧化物和杂质；
（2）高温1300度生长非掺杂的Al0.99Ga0.01N缓冲层，Al0.99Ga0.01N层的厚度控制在4μm；
（3）此非掺杂的Al0.99Ga0.01N层上生继续生长第一层N型Al0.8Ga0.2N层，此N型Al0.8Ga0.2N层的厚度为0.8μm，生长温度为1200度，掺杂浓度为2×1018cm-3；
（4）在第一层N型Al0.8Ga0.2N层基础上降低温度至1050度，生长第N型Al0.9Ga0.1N翘曲调节层，此层的厚度为500nm，掺杂浓度为5×1018cm-3；
（5）将温度升高至1150度，在N型翘曲调节层基础上生长第二N型Al0.5Ga0.5N层，此层的厚度为0.8μm，掺杂浓度为1×1019cm-3；
（6）温度调至生长量子阱的温度，生长Al0.35In0.01Ga0.64N/Al0.5In0.01Ga0.49N多量子阱的结构，周期厚度为12.0nm（其中阱宽为1.5nm，垒宽为10.5nm），其周期数为6；
（7）在此基础上生长30nm厚的Al0.65In0.01Ga0.34N电子阻挡层；
（8）随后再继续生长一层P型Al0.40In0.01Ga0.59N传输层，P型传输层的厚度为50nm，掺杂浓度为1×1020cm-3；
（9）最后生长一层具有高掺杂浓度的P型Al0.10Ga0.90N接触层，P型接触层的厚度为8nm，掺杂浓度为1×1020cm-3；
（10）生长完成后测试翘曲度，翘曲为100微米；测试内量子效率为65%；
（11）生长的外延片进行表面清洗，进行芯片制作，芯片大小为500μm×500μm。N电极蒸镀Ti/Au，厚度分别为100nm/100nm，形成良好的欧姆接触，蒸镀Ni/Au合金作为P型电极，厚度分别为1nm/10nm，形成良好的P型欧姆接触；
（12）此芯片制成倒装芯片，芯片大小为500μm×500μm的情况下，通入100mA电流，波长为265nm，亮度为30mW。
实施例3
如图3所示，一种AlInGaN紫外发光器件的结构包括：
301：衬底材料；
302：第一非掺杂AlInGaN半导体层；
303：非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层；
304：第二非掺杂AlInGaN半导体层；
305：第一N型掺杂AlInGaN半导体层
306：N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层；
307：第二N型掺杂AlInGaN半导体层；
308：AlInGaN半导体量子阱层；
309：P型AlInGaN电子阻挡层；
310：P型AlInGaN传输层；
311：P型AlInGaN接触层。
图3所示的一种AlInGaN紫外发光器件的制备方法，包括如下步骤：
（1）AlN衬底放入高温MOCVD设备中，通入氢气，高温1100℃烘烤，清洗衬底表面的氧化物和杂质；
（2）高温1300度生长非掺杂的AlN层，AlN层的厚度控制在1.5μm；
（3）高温1150度生长非掺杂的AlN层，AlN层的厚度控制在100nm；
（4）高温1300度生长非掺杂的AlN层，AlN层的厚度控制在1.5μm；
（5）此非AlN层上生继续生长第一层N型Al0.7Ga0.3N层，此N型Al0.7Ga0.3N层的厚度为1μm，生长温度为1200度，掺杂浓度为2×1018cm-3；
（6）在第一层N型Al0.7Ga0.3N层基础上降低温度至1000度，生长第N型Al0.9Ga0.1N翘曲调节层，此层的厚度为300nm，掺杂浓度为1×1018cm-3；
（7）将温度升高至1150度，在N型翘曲调节层基础上生长第二N型Al0.45Ga0.55N层，此层的厚度为0.5μm，掺杂浓度为1×1019cm-3；
（8）温度调至生长量子阱的温度1100度，生长Al0.15In0.01Ga0.84N/Al0.4In0.01Ga0.59N多量子阱的结构，周期厚度为14nm（其中阱宽为2nm，垒宽为12nm），其周期数为5；
（9）继续生长40nm厚的Al0.55In0.01Ga0.44N电子阻挡层；
（10）随后再继续生长一层P型Al0.30In0.01Ga0.69N传输层，P型接触层的厚度为30nm，掺杂浓度为1×1020cm-3；
（12）P型接触层采用Al0.10In0.01Ga0.89N，厚度为5nm，掺杂浓度为1×1020cm-3；
（13）生长完成后测试翘曲度，翘曲为70微米；测试内量子效率为80%；
（14）生长的外延片进行表面清洗，进行芯片制作，芯片大小为500μm×500μm。N电极蒸镀Ti/Au，厚度分别为100nm/100nm，形成良好的欧姆接触，蒸镀Ni/Au合金作为P型;
（16）此芯片制成倒装芯片，芯片大小为500μm×500μm的情况下，通入100mA电流，波长为305nm，亮度为30mW。
实施例4
如图4所示，一种AlInGaN紫外发光器件的结构包括：
（1）蓝宝石图形衬底放入高温MOCVD设备中，通入氢气，高温1100℃烘烤，清洗衬底表面的氧化物和杂质；
（2）高温1300度生长非掺杂的AlN层，AlN层的厚度控制在0.5μm；
（3）高温1150度生长非掺杂的AlN层，AlN层的厚度控制在100nm；
（4）重复步骤（2）～（3）3个周期；
（5）高温1300度生长非掺杂的AlN层，AlN层的厚度控制在1.5μm；
（6）此非AlN层上生继续生长第一层N型Al0.75Ga0.25N层，此N型Al0.7Ga0.3N层的厚度为200nm，生长温度为1200度，掺杂浓度为2×1018cm-3；
（7）在第一层N型Al0.7Ga0.3N层基础上降低温度至1000度，生长第N型Al0.9Ga0.1N翘曲调节层，此层的厚度为30nm，掺杂浓度为1×1018cm-3；
（8）重复步骤（6）～（7）5个周期；
（9）将温度升高至1150度，在N型翘曲调节层基础上生长第二N型Al0.45Ga0.55N层，此层的厚度为0.5μm，掺杂浓度为1×1019cm-3；
（10）温度调至生长量子阱的温度1100度，生长Al0.35In0.01Ga0.64N/Al0.5In0.01Ga0.49N多量子阱的结构，周期厚度为12.5nm（其中阱宽为1.5nm，垒宽为11nm），其周期数为4；
（11）在此基础上生长40nm厚的Al0.70In0.01Ga0.29N电子阻挡层；
（12）随后再继续生长一层P型Al0.45In0.01Ga0.54N传输层，P型接触层的厚度为20nm，掺杂浓度为1×1020cm-3，不再做P型接触层；
（13）生长完成后测试翘曲度，翘曲为50微米；测试内量子效率为80%；
（14）生长的外延片进行表面清洗，进行芯片制作，芯片大小为500μm×500μm。N电极蒸镀Ti/Au，厚度分别为100nm/100nm，形成良好的欧姆接触，蒸镀Ni/Au合金作为P型；
（15）此芯片制成倒装芯片，芯片大小为500μm×500μm的情况下，通入100mA电流，波长为265nm，亮度为30mW。
本发明的优点在于：
（1）本发明解决了高温生长的AlInGaN材料翘曲高的问题，使得芯片加工难度极大地降低。翘曲从传统的120～150微米降低到100um微米以下；
（2）本发明解决了因材料内应力大导致能带弯曲严重，使得电子空穴复合效率低的问题；
（3）本发明明显改善了AlInGaN半导体材料的质量，以致改善了其发光器件的发光性能，尤其是紫光和紫外光发光器件的发光性能。
（4）本发明的结构简单易行，适合生产复制。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (14)

1.一种AlInGaN紫外发光器件，其特征在于，所述紫外发光器件由下至上依次包括：衬底层、非掺杂AlInGaN半导体层组、N型掺杂AlInGaN半导体层组、AlInGaN半导体多量子阱层、P型AlInGaN电子阻挡层、P型AlInGaN传输层和P型AlInGaN接触层；
其中，所述非掺杂AlInGaN半导体层组包括：至少两个非掺杂AlInGaN半导体层，每两个相邻的所述非掺杂AlInGaN半导体层之间设置有非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的晶格常数小于所述非掺杂AlInGaN半导体层；非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层材料生长的温度比第一层的非掺杂AlInGaN半导体层材料温度低100～300度；
和/或，
所述N型掺杂AlInGaN半导体层组包括：至少两个N型掺杂AlInGaN半导体层，每两个相邻的所述N型掺杂AlInGaN半导体层之间设置有N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层，所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的晶格常数小于所述N型掺杂AlInGaN半导体层，N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层材料的生长温度比第一层的N型掺杂AlInGaN层材料温度低100～300度。
2.根据权利要求1所述的AlInGaN紫外发光器件，其特征在于，所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料为：Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，x1和y1分别表示所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤x1+y1≤1，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，式中，x2和y2分别表示非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料中Al和In的组分，0≤x2≤1，0≤y2≤1，0≤x2+y2≤1，x1＜x2。
3.根据权利要求1所述的AlInGaN紫外发光器件，其特征在于，所述N型掺杂AlInGaN半导体层的材料为：N型掺杂浓度范围为1×1018cm-3到1×1020cm-3的Alx4Iny4Ga1-x4-y4N，式中，x4和y4分别表示N型掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x4≤1，0≤y4≤1，0≤x4+y4≤1，所述N型AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：N型掺杂浓度范围为1×1018cm-3到1×1020cm-3的Alx5Iny5Ga1-x5-y5N，式中，x5和y5分别表示N型AlInGaN半导体翘曲调节层的材料中Al和In的组分，0≤x5≤1，0≤y5≤1，0≤x5+y5≤1，x4＜x5。
4.根据权利要求3所述的AlInGaN紫外发光器件，其特征在于，所述非掺杂AlInGaN半导体层组中最上层的非掺杂AlInGaN半导体层的材料为：Alx3Iny3Ga1-x3-y3N，式中，x3和y3分别表示所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x3≤1，0≤y3≤1，0≤x3+y3≤1，x5＜x3。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的AlInGaN紫外发光器件，其特征在于，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的生长温度低于所述非掺杂AlInGaN半导体层的生长温度。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的AlInGaN紫外发光器件，其特征在于，所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的生长温度低于所述N型掺杂AlInGaN半导体层的生长温度。
7.一种AlInGaN紫外发光器件的制备方法，其特征在于，包括：
由下至上依次形成衬底层、非掺杂AlInGaN半导体层组、N型掺杂AlInGaN半导体层组、AlInGaN半导体多量子阱层、P型AlInGaN电子阻挡层、P型AlInGaN传输层和P型AlInGaN接触层；
其中，所述非掺杂AlInGaN半导体层组包括：至少两个非掺杂AlInGaN半导体层，每两个相邻的所述非掺杂AlInGaN半导体层之间设置有非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的晶格常数小于所述非掺杂AlInGaN半导体层；非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层材料生长的温度比第一层的非掺杂AlInGaN半导体层材料温度低100～300度；
和/或，
所述N型掺杂AlInGaN半导体层组包括：至少两个N型掺杂AlInGaN半导体层，每两个相邻的所述N型掺杂AlInGaN半导体层之间设置有N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层，所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的晶格常数小于所述N型掺杂AlInGaN半导体层，N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层材料的生长温度比第一层的N型掺杂AlInGaN层材料温度低100～300度。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述形成非掺杂AlInGaN半导体层组的过程包括：
在所述衬底层上生长第一非掺杂AlInGaN半导体层；
将所述第一非掺杂AlInGaN半导体层作为生长层，进行非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节步骤至少一次；
其中，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节步骤包括：
在最新形成的生长层上生长所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层；
在所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层上生长第二非掺杂AlInGaN半导体层，将所述第二非掺杂AlInGaN半导体层作为新的生长层。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述形成N型掺杂AlInGaN半导体层组的过程包括：
在所述非掺杂AlInGaN半导体层组上生长第一N型掺杂AlInGaN半导体层；
将所述第一N型掺杂AlInGaN半导体层作为生长层，进行N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节步骤至少一次；
其中，所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节步骤包括：
在最新形成的生长层上生长所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层；
在所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层上生长第二N型掺杂AlInGaN半导体层，将所述第二N型掺杂AlInGaN半导体层作为新的生长层。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料为：Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，x1和y1分别表示所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤x1+y1≤1，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，式中，x2和y2分别表示非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的材料中Al和In的组分，0≤x2≤1，0≤y2≤1，0≤x2+y2≤1，x1＜x2。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述N型掺杂AlInGaN半导体层的材料为：N型掺杂浓度范围为1×1018cm-3到1×1020cm-3的Alx4Iny4Ga1-x4-y4N，式中，x4和y4分别表示N型掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x4≤1，0≤y4≤1，0≤x4+y4≤1，所述N型AlInGaN半导体翘曲调节层的材料为：N型掺杂浓度范围为1×1018cm-3到1×1020cm-3的Alx5Iny5Ga1-x5-y5N，式中，x5和y5分别表示N型AlInGaN半导体翘曲调节层的材料中Al和In的组分，0≤x5≤1，0≤y5≤1，0≤x5+y5≤1，x4＜x5。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述非掺杂AlInGaN半导体层组中最上层的非掺杂AlInGaN半导体层的材料为：Alx3Iny3Ga1-x3-y3N，式中，x3和y3分别表示所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料中Al和In的组分，0≤x3≤1，0≤y3≤1，0≤x3+y3≤1，x5＜x3。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述非掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的生长温度低于任一所述非掺杂AlInGaN半导体层的生长温度。
14.根据权利要求7至12中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述N型掺杂AlInGaN半导体翘曲调节层的生长温度低于任一所述N型掺杂AlInGaN半导体层的生长温度。
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