本发明涉及半导体技术领域，具体地说是一种具有复合电子阻挡层的高效率近紫外LED的制备方法。
背景技术：
紫外LED是发射紫外光的二极管。一般指发光中心波长在400nm以下的LED。紫外LED(UV LED)主要应用在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、计算机数据存储和军事等方面。而且随着技术的发展,新的应用会不断出现以替代原有的技术和产品,紫外LED有着广阔的市场应用前景,如紫外LED光疗仪是未来很受欢迎的医疗器械,但是目前技术还处于成长期。半导体紫外光源作为半导体照明后的又一重大产业方向，已经引起了半导体光电行业的广泛关注。美国、日本、韩国、台湾地区等无不投入巨大的力量以求占据行业的制高点。如日亚化工、台湾宏光等是目前主要的紫外光源研发和生产单位。我国“十一五”国家863计划新材料技术领域重大项目“半导体照明工程”课题“深紫外LED制备和应用技术研究”经过持续的研发，取得重要突破。在十五期间，北京大学曾承担近紫外LED的国家863课题，研制出380nm～405nm近紫外LED在350mA下光功率达到110mW。在十一五、十二五期间进一步研究紫外LED，得到发光波长280nm～315nm紫外发射。此外，中科院半导体研究所、厦门大学、青岛杰生、西安中为等单位也正致力于紫外LED开发与生产，300nm的紫外LED光功率已经达到mW量级。与蓝光不同，紫外LED技术面临的首要问题是其光效低。如何有效提高紫外LED的光效成为大家关注的焦点问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种具有复合电子阻挡层的近紫外LED的制备方法，有效提高紫外光LED的有源区空穴注入效率，缓解有源区受到的压应力，改善水平方向空穴扩展，进而提高近紫外LED发光效率的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种具有复合电子阻挡层的近紫外LED的制备方法，包括以下步骤：
S1，在金属有机化合物气相外延反应室中将Al2O3衬底在氢气气氛下，1080℃-1100℃下反应室压力100torr，处理5-10分钟，然后降低温度和压力，使温度保持在530℃-550℃，反应室压力500torr，在氢气气氛下，V/III摩尔比为500-1300，三维生长20-30纳米厚的低温GaN缓冲层；
S2，使温度保持在1000-1500℃下，反应室压力为200-300torr，在氢气气氛下，V/III摩尔比为1000-1300，生长1-3微米厚的高温u-GaN层；
S3，保持温度在1000-1500℃下，反应室压力为100-200torr，在氢气气氛下，V/III摩尔比为1000-1300，通入SiH4作为n型掺杂源，生长2-4微米厚的n-GaN层，Si该掺杂浓度为1018-1019cm-3；
S4，使温度保持在780℃-870℃下，在氮气气氛下，V/III摩尔比为5000-20000，反应室压力300torr,通入SiH4作为n型掺杂源，生长50-150nm厚的n-GaN；Si掺杂浓度为1018-1019cm-3；
S5，使温度保持在750-850℃下，在氮气气氛下，V/III摩尔比为5000-20000，反应室压力300torr,接着生长5-10周期InxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区；
S6，在780℃-850℃下，在多量子阱有源区上，氮气气氛下，V/III摩尔比为5000-20000，反应室压力100-300torr,通入Cp2Mg作为p型掺杂源，生长厚度为30nm-80nm的p-Aly2Inx2Ga1-x2-y2N电子阻挡层；接着在该p-Aly2Inx2Ga1-x2-y2N电子阻挡层上生长多周期超晶格结构的p-Aly2Ga1-y2N/Aly1Inx1Ga1-x1-y1N复合电子阻挡层；
S7，在950℃-1050℃下,氢气气氛下，V/III摩尔比为2000-5000，反应室压力100torr,通入Cp2Mg作为p型掺杂源，生长厚度为100nm-200nm的p-GaN；
S8，，在650℃-750℃下,在氢气气氛下，V/III摩尔比为5000-20000，反应室压力300torr,通入Cp2Mg作为p型掺杂源，生长厚度为2nm-3nm的p-InGaN。
所述步骤S5中的InxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区,其中InxGa1-xN量子阱层厚度随着多量子阱有源区量子阱生长周期数的增加从2nm阶梯式增加到4nm，AlyGa1-yN垒层厚度随着多量子阱有源区量子阱生长周期数的增加从10nm阶梯式增加到20nm。
所述InxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区中的Al组分y随着该多量子阱有源区量子阱生长周期数的增加从1％阶梯式增加到10％,其中0<x≤0.1，0<y≤0.1。
所述步骤S6中，p-Aly2Ga1-y2N/Aly1Inx1Ga1-x1-y1N复合电子阻挡层的超晶格周期数为5-10，单个周期厚度为1nm-2nm，其中Aly2Ga1-y2N的厚度为0.5nm-1nm,Aly1Inx1Ga1-x1-y1N的厚度为0.5nm-1nm，电子阻挡层中Al组分和In组分满足以下条件：y<y1<y2；x1<x<0.1，Mg掺杂浓度为1017-1018cm-3。
其中p-Aly2Inx2Ga1-x2-y2N电子阻挡层中的In组分小于InxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区中的In组分，p-Aly2Inx2Ga1-x2-y2N电子阻挡层中的Al组分大于InxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区中的Al组分。
所述步骤S7中生长p-GaN过程中，Mg掺杂浓度为1017-1018cm-3。
所述步骤S8中生长p-InGaN过程中，Mg掺杂浓度为大于1018cm-3。
本发明采用阱垒层厚度以及Al组分阶梯式变化的InGaN/AlGaN多量子阱结构作为有源区，同时在InGaN/AlGaN多量子阱有源区和p-GaN之间生长低温p-Aly1Inx1Ga1-x1-y1N和多周期的超晶格结构的p-Aly2Ga1-y2N/Aly1Inx1Ga1-x1-y1N复合电子阻挡层，通过采用新型结构的电子阻挡层结构，可有效提高紫外光LED的有源区空穴注入效率，缓解有源区受到的压应力，改善水平方向空穴扩展，进而提高近紫外LED的发光效率。
附图说明
附图1为本发明方法制备得到的近紫外LED的竖直剖面示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明方法，生长过程中使用三甲基镓(TMGa)，三甲基铟(TMIn)，三甲基铝(TMAl)作为III族源，氨气(NH3)作为V族源，硅烷(SiH4)作为n型掺杂源，二茂镁(Cp2Mg)作为p型掺杂源。
一种具有复合电子阻挡层的近紫外LED的制备方法，包括以下步骤：
S1，在金属有机化合物气相外延反应室中将Al2O3衬底在氢气气氛下，1080℃-1100℃下反应室压力100torr，处理5-10分钟，然后降低温度和压力，使温度保持在530℃-550℃，反应室压力500torr，在氢气气氛下，V/III摩尔比为500-1300，三维生长20-30纳米厚的低温GaN缓冲层。
S2，使温度保持在1000-1500℃下，反应室压力为200-300torr，在氢气气氛下，V/III摩尔比为1000-1300，生长1-3微米厚的高温u-GaN层。
S3，保持温度在1000-1500℃下，反应室压力为100-200torr，在氢气气氛下，V/III摩尔比为1000-1300，通入SiH4作为n型掺杂源，生长2-4微米厚的n-GaN层，Si该掺杂浓度为1018-1019cm-3。
S4，使温度保持在780℃-870℃下，在氮气气氛下，V/III摩尔比为5000-20000，反应室压力300torr,通入SiH4作为n型掺杂源，生长50-150nm厚的n-GaN；Si掺杂浓度为1018-1019cm-3。
S5，使温度保持在750-850℃下，在氮气气氛下，V/III摩尔比为5000-20000，反应室压力300torr,接着生长5-10周期InxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区。,其中InxGa1-xN量子阱层厚度随着多量子阱有源区量子阱生长周期数的增加从2nm阶梯式增加到4nm，AlyGa1-yN垒层厚度随着多量子阱有源区量子阱生长周期数的增加从10nm阶梯式增加到20nm。InxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区中的Al组分y随着该多量子阱有源区量子阱生长周期数的增加从1％阶梯式增加到10％,其中0<x≤0.1，0<y≤0.1。
S6，在780℃-850℃下，在多量子阱有源区上，氮气气氛下，V/III摩尔比为5000-20000，反应室压力100-300torr,通入Cp2Mg作为p型掺杂源，生长厚度为30nm-80nm的p-Aly2Inx2Ga1-x2-y2N电子阻挡层；接着在该p-Aly2Inx2Ga1-x2-y2N电子阻挡层上生长多周期超晶格结构的p-Aly2Ga1-y2N/Aly1Inx1Ga1-x1-y1N复合电子阻挡层。其中p-Aly2Ga1-y2N/Aly1Inx1Ga1-x1-y1N复合电子阻挡层的超晶格周期数为5-10，单个周期厚度为1nm-2nm，其中Aly2Ga1-y2N的厚度为0.5nm-1nm,Aly1Inx1Ga1-x1-y1N的厚度为0.5nm-1nm，电子阻挡层中Al组分和In组分满足以下条件：y<y1<y2；x1<x<0.1，Mg掺杂浓度为1017-1018cm-3。
S7，在950℃-1050℃下,氢气气氛下，V/III摩尔比为2000-5000，反应室压力100torr,通入Cp2Mg作为p型掺杂源，生长厚度为100nm-200nm的p-GaN，Mg掺杂浓度为1017-1018cm-3。
S8，，在650℃-750℃下,在氢气气氛下，V/III摩尔比为5000-20000，反应室压力300torr,通入Cp2Mg作为p型掺杂源，生长厚度为2nm-3nm的p-InGaN，Mg掺杂浓度为大于1018cm-3。
另外，p-Aly2Inx2Ga1-x2-y2N电子阻挡层中的In组分小于InxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区中的In组分，p-Aly2Inx2Ga1-x2-y2N电子阻挡层中的Al组分大于InxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区中的Al组分。
根据上述制备方法得到的产品，如附图1所示，由下往上依次为：图形化Al2O3衬底101，低温GaN缓冲层102，u-GaN103,n-GaN104,50-150nmn-GaN电流扩展层105，5-10个InGaN/AlGaN多量子阱有源层106，p-AlInGaN和p-AlGaN/AlInGaN复合电子阻挡层107，p-GaN108，p-InGaN109。
下面以一个实施例制备得到的产品与传统产品进行比对示意。
紧耦合垂直反应室MOCVD生长系统。生长过程中使用三甲基镓(TMGa)，三甲基铟(TMIn)，三甲基铝(TMAl)作为III族源，氨气(NH3)作为V族源，硅烷(SiH4)作为n型掺杂源，二茂镁(Cp2Mg)作为p型掺杂源，首先在MOCVD反应室中将图形化Al2O3衬底101加热到1080-1100摄氏度，在反应室压力为100torr,在H2下处理5分钟，然后降温到在530-550摄氏度在图形化Al2O3衬底101上，反应室压力500torr，氢气(H2)气氛下，V/III摩尔比为500-1300，三维生长厚度为20-30纳米的GaN缓冲层102，在1000-1500℃下，反应室压力为200-300torr，在氢气(H2)气氛下，V/III摩尔比为1000-1300，生长1-3微米厚的高温u-GaN层103；在1000-1500℃下，反应室压力为100-200torr，在氢气(H2)气氛下，V/III摩尔比为1000-1300，生长2-4微米厚的n-GaN层104，Si掺杂浓度为1018-1019cm-3。
在780-870℃下，在氮气(N2)气氛下，V/III摩尔比为5000-20000，反应室压力300torr,生长50-150nm厚的n-GaN105，Si掺杂浓度为1018-1019cm-3。
在750-850℃下，在氮气(N2)气氛下，V/III摩尔比为5000-20000，反应室压力300torr,接着生长10周期InxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱有源区106。其中InxGa1-xN量子阱层厚度随着多量子阱有源区量子阱生长周期数的增加一次为2nm,2nm,2.5nm,2.5nm,3nm,3nm,3.5nm,3.5nm,4nm,4nm；2-4nm；AlyGa1-yN垒层厚度随着多量子阱有源区量子阱周期数的增加依次为11nm,12nm,13nm,14nm,15nm,16nm,17nm,18nm,19nm,20nm；AlyGa1-yN垒层Al组分随着多量子阱有源区量子阱周期数的增加依次为1％，2％，3％，4％，5％，6％，7％，8％，9％，10％。在780℃-850℃下，在多量子阱有源区上，在氮气气氛下，V/III摩尔比为5000-20000，反应室压力100-300torr,生长30nm-80nmp-Aly2Inx2Ga1-x2-y2N电子阻挡层，在此基础上生长多周期超晶格结构的p-Aly2Ga1-y2N/Aly1Inx1Ga1-x1-y1N复合电子阻挡层，其中p-Aly2Ga1-y2N/Aly1Inx1Ga1-x1-y1N超晶格周期数为5-10，单个周期厚度1nm-2nm。其中Aly2Ga1-y2N厚度为0.5nm-1nm,Aly1Inx1Ga1-x1-y1N厚度为0.5nm-1nm，电子阻挡层中Al组分，和In组分满足以下条件：0.05<y<y1<y2；0.01<x<x1<0.1。Mg掺杂浓度为1017-1018cm-3。在950℃-1050℃下,在氢气气氛下，V/III摩尔比为2000-5000，反应室压力100torr,生长100nmp-GaN109。Mg掺杂浓度为1017-10 18cm-3。在650℃-750℃下,在氮气气氛下，V/III摩尔比为5000-20000，反应室压力300torr,生长2nmp-InGaN110。Mg掺杂浓度为大于1018cm-3。
外延生长结束后，将反应室的温度降至700-750℃，采用纯氮气气氛进行退火处理5-20min,然后降至室温，结束生长，外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后制成单颗12mil×12mil小尺寸芯片。采用实施例1技术方案制作的近紫外光LED相对于没有采用复合电子阻挡层结构的近紫外光LED光功率大幅提高；在注入电流为20mA下，采用实施例1方案制作的LED，峰值波长398nm,工作电压3.1V，光功率为12mW，采用无复合电子阻挡层方案制作的LED，峰值波长399nm,工作电压3.2V，光功率为9.3mW，原因在于实施例1技术方案电子阻挡层提高空穴注入效率，有效提高电子空穴复合发光效率，同时有效降低工作电压。如下表一所示。
表一
需要说明的是，以上所述并非是对本发明技术方案的限定，在不脱离本发明的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。