[发明专利]一种具有微孔结构的NiO‑AlGaN紫外发光管及其制备方法

权利要求书

1.一种具有微孔结构的NiO-AlGaN紫外发光管，其特征在于：由衬底(1)、衬底(1)上制备的AlN缓冲层(2)、AlN缓冲层(2)上制备的下限制层(3)、下限制层(3)上制备的相互分立的AlGaN材料系多量子阱发光层(4)和下电极(7)、多量子阱发光层(4)上制备的p型AlGaN上限制层(5)、p型AlGaN上限制层(5)上面制备的p型空穴注入层(6)、空穴注入层(6)上面制备的上电极(8)构成；且衬底(1)是Al₂O₃单晶片，下限制层(3)是两次生长得到的内部具有椭球形微孔结构的n-Al_x1Ga_1-x1N外延层，p型空穴注入层(6)是p型NiO薄膜，p型AlGaN上限制层(5)的厚度为5～150nm，多量子阱发光层(4)由5～10对量子阱组成，阱层与垒层由Al组分不同的AlGaN材料制成，垒层材料为Al_x2Ga_1-x2N，阱层材料为Al_x3Ga_1-x3N；其中，0≤x3≤0.8，x1≥x2>x3；

其中，n-Al_x1Ga_1-x1N下限制层(3)是利用气态硅烷进行Si元素掺杂，生长温度为900～1100℃，生长压强为300～400torr，掺杂的粒子浓度为10¹⁷～10¹⁹/cm³；p型AlGaN上限制层(5)的掺杂粒子是二茂镁，掺杂浓度为2×10¹⁷～8×10¹⁷/cm³；p型空穴注入层(6)掺杂粒子是Li元素，掺杂浓度为10¹⁸～10¹⁹/cm³。

2.如权利要求1所述的一种具有微孔结构的NiO-AlGaN紫外发光管，其特征在于：n-Al_x1Ga_1-x1N下限制层(3)第一次生长时的厚度为1～3微米，第二次生长时的厚度为2～200纳米。

3.如权利要求2所述的一种具有微孔结构的NiO-AlGaN紫外发光管，其特征在于：n-Al_x1Ga_1-x1N下限制层(3)第二次生长时的厚度为2～100纳米。

4.如权利要求1所述的一种具有微孔结构的NiO-AlGaN紫外发光管，其特征在于：衬底(1)的厚度为300～500微米，AlN缓冲层(2)的厚度为2～150nm；多量子阱发光层(4)中阱层厚度为2～5nm，垒层厚度为10～20nm；p型空穴注入层(6)的厚度为800～1000nm；上电极(8)和下电极(7)的厚度为150～300nm。

5.如权利要求1所述的一种具有微孔结构的NiO-AlGaN紫外发光管，其特征在于：微孔的高度为800～1100nm，微孔的中心直径为200～400nm。

6.权利要求1～5任何一项所述的微孔结构的NiO-AlGaN紫外发光管的制备方法，其步骤如下：

1)采用金属有机物化学气相沉积方法在衬底(1)上依次制备AlN缓冲层(2)和n-Al_x1Ga_1-x1N下限制层(3)；

2)采用感应耦合式刻蚀机，在室温、10～20mtorr条件下对n-Al_x1Ga_1-x1N下限制层(3)进行腐蚀，腐蚀后在n-Al_x1Ga_1-x1N下限制层(3)上得到面密度为10⁸～10¹⁰/cm²的纳米柱；再放入MOCVD反应室进行n-Al_x1Ga_1-x1N下限制层(3)的二次生长，从而在纳米柱之间形成椭球形微孔；

3)再在二次生长的n-Al_x1Ga_1-x1N下限制层(3)上面继续用MOCVD方法依次生长AlGaN材料系多量子阱发光层(4)和p型AlGaN上限制层(5)；然后，在p型AlGaN上限制层(5)上利用磁控溅射制备p型NiO薄膜为p型空穴注入层(6)；

4)制备上电极(8)和下电极(7)；上电极(8)和下电极(7)材料为Au、Ni-Au、Ti-Au、Zn-Au、Pt-Au、Ti-Pt-Au、Ti-Ni-Au或Ni-Pt-Au；

5)最后进行划片，制备成边长200微米～3毫米的方形管芯，然后将管芯倒装，即外延层面向下，装配焊接在热沉或支架上，便制备得到具有微孔结构的NiO-AlGaN紫外发光管。