CN103956414B - 一种紫外发光二极管器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种紫外发光二极管器件的制备方法。该紫外发光二极管器件制备方法中，pn结台面的材料均为AlxGa1‑xN材料，其中0≤x≤1，且有源区中Al组分最低，即整个发光二极管pn结台面结构对有源区发出的光是透明的。因此本发明的紫外发光二极管结构解决了p型GaN层吸收紫外光的问题，可以有效提高紫外发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及光电子器件技术领域，尤其涉及一种紫外发光二极管器件的制备方法。
背景技术
紫外发光二极管，因其在激发白光、生化探测、杀菌消毒、净化环境、聚合物固化以及短距离安全通讯等诸多领域的巨大潜在应用价值而备受关注。与传统紫外光源汞灯相比，AlGaN基紫外发光二极管有寿命长、工作电压低、波长可调、环保、方向性好、迅速切换、耐震耐潮、轻便灵活等优点，随着研究工作的深入，将成为未来新型紫外应用的主流光源。
参考文献1(Applied Physics Express3(2010)061004)报道了一种紫外发光二极管器件结构。图1为参考文献1所报道紫外发光二极管器件的剖面示意图。如图1所示，这种紫外发光二极管器件结构从下到上依次包括蓝宝石衬底(101)、AlN缓冲层(102)、n型AlGaN(103)、AlGaN有源区(104)、电子阻挡层(105)、p型AlGaN层(106)和p型GaN层(107)。与p型GaN相比，p型AlGaN的自由空穴浓度较低，电阻率较高，因此p型AlGaN与接触电极之间很难形成欧姆接触，接触电阻也很高，造成器件工作电压高，甚至空穴难以有效注入到有源区等问题。正是由于以上原因，在文献[1]报道的器件结构中，在p型AlGaN(106)之上，生长了p型GaN(107)材料，以便在后续的器件制备工艺中，能同接触电极形成良好的欧姆接触。
然而，在图1所示的紫外发光二极管器件中，由于p型GaN(107)的禁带宽度小于AlGaN有源区(104)中有源区的禁带宽度，p型GaN(107)会强烈吸收AlGaN有源区(104)向p型GaN(107)一侧发出的紫外光，使得从pn结台面上方发出的紫外光强度几乎为零，直接导致紫外发光二极管的发光效率降低50％。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种紫外发光二极管器件的制备方法。
(二)技术方案
本发明紫外发光二极管器件制备方法包括：步骤A：在基底301上生长紫外发光二极管外延结构，该紫外发光二极管外延结构自下而上包括AlN缓冲层302、p型AlGaN层303、AlGaN电子阻挡层304、AlGaN有源区305、n型AlGaN层306；步骤B：从n型AlGaN层306顶部开始，在预设区域进行刻蚀，刻蚀至p型AlGaN层303，从而在刻蚀区域形成p型AlGaN表面308，而在刻蚀区域之外的n型AlGaN层306上形成pn结台面结构307；步骤C：在p型AlGaN表面308和pn结台面结构307的表面沉积介质层309，并在pn结台面结构307上形成贯穿介质层309的通孔310；步骤D：在p型AlGaN表面308上，利用介质层309做掩膜，在通孔310内生长p型电极接触层311；步骤E：去掉全部的介质层309；步骤F：在发光二极管pn结台面307上的n型AlGaN电极接触表面，定义出n型电极图形，在该n型电极图形区域形成n型接触电极312；步骤G：在p型电极接触层311表面定义出p型电极图形，在陔p型电极图形区域形成p型接触电极313；步骤H：在器件上表面整体上沉积电绝缘层314，在该电绝缘层314中，n型接触电极312和p型接触电极313的上方，分别形成电极窗口区；以及步骤I：在电极窗口区315，形成电极层316，完成紫外发光二极管器件的制作。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明紫外发光二极管器件制备方法中，pn结台面的材料均为AlxGa1-xN材料，其中0≤x≤1，且有源区中A1组分最低，即整个发光二极管pn结台面结构对有源区发出的光是透明的。因此本发明的紫外发光二极管结构解决了p型GaN层吸收紫外光的问题，可以有效提高紫外发光二极管的发光效率。
附图说明
图1为参考文献1所报道紫外发光二极管器件的剖面示意图；
图2为根据本发明实施例紫外发光二极管器件制备方法的流程图；
图3A为图1所示制备方法中在蓝宝石衬底上生长紫外发光二极管结构至n型AlGaN层后的剖面示意图；
图3B为图1所示制备方法中通过光刻和刻蚀工艺形成发光二极管pn结台面后的剖面示意图；
图3C为图1所示制备方法中通过光刻和刻蚀工艺在p型AlGaN表面上形成贯穿介质层通孔后的剖面示意图；
图3D为图1所示制备方法中在p型AlGaN表面上选区外延p型电极接触层后的剖面示意图；
图3E为图1所示制备方法中通过刻蚀工艺去掉全部介质层后的剖面示意图；
图3F为图1所示制备方法中通过光刻、薄膜沉积、剥离和退火工艺形成n型接触电极后的剖面示意图；
图3G为图1所示制备方法中通过光刻、薄膜沉积、剥离和退火工艺形成p型接触电极后的剖面示意图；
图3H为图1所示制备方法中通过薄膜沉积、光刻和刻蚀二E艺形成电绝缘层和窗口区后的剖面示意图；
图3I为图1所示制备方法中通过光刻、薄膜沉积和剥离工艺形成电极层后的剖面示意图；
【主要元件】
101-蓝宝石衬底； 102-A1N缓冲层；
103-n型AlGaN层； 104-AlGaN有源区；
105-电子阻挡层； 106-p型AlGaN层；
107-p型GaN；
301-蓝宝石衬底； 302-AlN缓冲层；
303-p型AlGaN层； 304-AlGaN电子阻挡层；
305-AlGaN有源区； 306-n型AlGaN层；
307-pn结台面结构； 308-p型AlGaN表面；
309-介质层； 310-通孔；
311-p型电极接触层； 312-n型接触电极；
313-p型接触电极； 314-电绝缘层；
315-电极窗口区； 316-电极层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
本发明提出一种紫外发光二极管器件的制备方法，经由该制备方法制备的紫外发光二极管器件中，pn结台面的材料均为AlxGal-xN材料，其中0≤x≤1，且有源区区域中Al组分最低，即整个发光二极管pn结台面结构对有源区发出的光是透明的。因此本发明的紫外发光二极管结构解决了p型GaN层吸收紫外光的问题，可以有效提高紫外发光二极管的发光效率。
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种紫外发光二极管器件的制备方法。图2为根据本发明实施例紫外发光二极管器件制备方法的流程图。如图2所示，本实施例紫外发光二极管器件制备方法包括：
步骤A：在蓝宝石基底301上生长紫外发光二极管外延结构，该紫外发光二极管外延结构自下而上包括AlN缓冲层302、p型AlGaN层303、AlGaN电子阻挡层304、AlGaN有源区305、n型AlGaN层306，如图3A所示；
本实施例中采用蓝宝石衬底301作为基底，但本发明并不以此为限。该基底还可以为SiC、AlN、Si等适合紫外发光二极管结构生长的基底。
步骤B：从n型AlGaN层306顶部开始，在预设区域进行刻蚀，刻蚀至p型AlGaN层303，从而在刻蚀区域形成p型AlGaN表面308，而在刻蚀区域之外的n型AlGaN层306上形成pn结台面结构307，如图3B所示；
该pn结台面结构307包含p型AlGaN层(303)上面的各层-AlGaN电子阻挡层304、AlGaN有源区305、n型AlGaN层306，就其总体而言，该pn结台面结构307的材料为AlxGa1-xN基材料，其中0≤X≤1。
步骤C：在p型AlGaN表面308和pn结台面结构307的表面沉积介质层309，并通过刻蚀工艺，在pn结台面结构307形成贯穿介质层309的通孔310，如图3C所示；
介质层309应采用氧化硅、氮化硅等材料，此类材料的特点是InxGa1-xN材料(0≤x≤1)不易在其上生长。
步骤D：在p型AlGaN表面308上，利用介质层309做选区二次外延的掩膜，在通孔310内生长p型电极接触层311，如图3D所示；
p型电极接触层311通过选区外延的方法生长在p型AlGaN表面308之上。p型电极接触层311的材料为InxGa1-xN材料，0≤X≤1。因此，该p型电极接触层311不易在介质层309上沉积
步骤E：通过刻蚀工艺，去掉全部的介质层309，如图3E所示；
步骤F：通过光刻工艺，在发光二极管pn结台面307上的n型AlGaN电极接触表面，定义出n型电极图形，通过薄膜沉积工艺、剥离工艺和退火工艺，在该n型电极图形区域形成n型接触电极312，如图3F所示；
步骤G：通过光刻工艺，在p型电极接触层311表面定义出p型电极图形，通过薄膜沉积工艺、剥离工艺和退火工艺，在该p型电极图形区域形成p型接触电极313，如图3G所示；
步骤H：在器件上表面整体上沉积电绝缘层314，通过光刻工艺和刻蚀工艺，在n型接触电极312和p型接触电极313上方，分别形成电极窗口区315，如图3H所示；
电绝缘层314应采用氧化硅、氮化硅等绝缘接触材料，其厚度可以为1nm-1000nm。
步骤I：在电极窗口区315，通过光刻工艺、薄膜沉积工艺和剥离工艺，形成电极层316，完成紫外发光二极管器件的制作，如图3I所示。
采用本实施例方法制备的紫外发光二极管器件的发光波长介于210nm-365nm之间，而该紫外发光二极管器件可以为单体器件，也可以是阵列式紫外发光二极管。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明紫外发光二极管器件的制备方法有了清楚的认识。
此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)蓝宝石衬底还可以为SiC、AlN、Si等适合紫外发光二极管结构生长的基底；
本发明紫外发光二极管器件制备方法中，pn结台面的材料均为AlxGa1-xN材料，其中0≤x≤1，且AlGaN有源区305中Al组分最低，即整个发光二极管pn结台面结构对有源区发出的光是透明的。因此本发明的紫外发光二极管结构解决了p型GaN层吸收紫外光的问题，可以有效提高紫外发光二极管的发光效率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种紫外发光二极管器件的制备方法，其特征在于，包括：
步骤A：在基底(301)上生长紫外发光二极管外延结构，该紫外发光二极管外延结构自下而上包括AlN缓冲层(302)、p型AlGaN层(303)、AlGaN电子阻挡层(304)、AlGaN有源区(305)、n型AlGaN层(306)；
步骤B：从所述n型AlGaN层(306)顶部开始，在预设区域进行刻蚀，刻蚀至所述p型AlGaN层(303)，从而在刻蚀区域形成p型AlGaN表面(308)，而在刻蚀区域之外的所述p型AlGaN层(303)上形成pn结台面结构(307)；
步骤C：在所述p型AlGaN表面(308)和pn结台面结构(307)的表面沉积介质层(309)，并在p型AlGaN表面(308)上形成贯穿所述介质层(309)的通孔(310)；
步骤D：在所述p型AlGaN表面(308)上，利用所述介质层(309)做掩膜，在所述通孔(310)内生长p型电极接触层(311)；
步骤E：去掉全部的介质层(309)；
步骤F：在发光二极管pn结台面结构(307)上的n型AlGaN电极接触表面，定义出n型电极图形，在该n型电极图形区域形成n型接触电极(312)；
步骤G：在p型电极接触层(311)表面定义出p型电极图形，在该p型电极图形区域形成p型接触电极(313)；
步骤H：在器件上表面整体上沉积电绝缘层(314)，在该电绝缘层(314)中，所述n型接触电极(312)和p型接触电极(313)的上方，分别形成电极窗口区；以及
步骤I：在电极窗口区(315)，形成电极层(316)，完成紫外发光二极管器件的制作；
其中，所述p型AlGaN层(303)、AlGaN电子阻挡层(304)、AlGaN有源区(305)和n型AlGaN层(306)均为AlxGa1-xN基材料，0≤X≤1，且AlGaN有源区(305)中Al的组分比p型AlGaN层(303)、n型AlGaN层(306)和AlGaN电子阻挡层(304)的Al组分均要低。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述p型电极接触层(311)的材料为InxGa1-xN材料，0≤x≤1；
所述介质层(309)的材料为InxGa1-xN材料不易在其上生长的材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述介质层(309)的材料为氧化硅或氮化硅。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电绝缘层(314)的材料为氧化硅或氮化硅。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述电绝缘层(314)的厚度介于1nm-1000nm之间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述基底(301)的材料为蓝宝石、SiC、AlN或Si。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述紫外发光二极管器件的发光波长介于210nm-365nm之间。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述紫外发光二极管器件为单体器件或阵列式紫外发光二极管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |