專利名稱：一種近紫外led器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及材料科學(xué)與半導(dǎo)體器件，尤其是一種近紫外LED 器件，可用于交通，顯示，醫(yī)學(xué)，照明等，但最主要的應(yīng)用還是在白光照明上。
背景技術(shù)：
近紫外LED指的是發(fā)光波長(zhǎng)位于355 405nm波段范圍的LED。目前在LED的研究和生產(chǎn)中用到最多也是最有潛力的材料GaN的禁帶寬度為3. ^V，對(duì)應(yīng)的發(fā)光波長(zhǎng)為 365nm,剛好處于近紫外波段范圍，因此，近紫外LED中一般采用GaN作為η型和ρ型的覆蓋層。近年來，GaN, InGaN和AWaN材料被應(yīng)用于發(fā)展諸如藍(lán)、綠、紫外LED和激光器等高性能光學(xué)器件。這類氮化物L(fēng)ED被廣泛應(yīng)用于無汞液晶環(huán)保背照顯示光源、手機(jī)按鍵、筆記本電腦顯示、室內(nèi)和室外照明、交通路燈等。但最主要的應(yīng)用還是在白光照明上。目前固態(tài)白光照明主要有三種方法
(1)RGB三基色LED混合出光；
(2)藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光粉；
(3)UV LED激發(fā)RGB三色熒光粉。第一種方法可以獲得高色純度的LED，但是利用該方法生產(chǎn)的LED對(duì)于其中的每一個(gè)LED的波長(zhǎng)和強(qiáng)度的穩(wěn)定性很敏感。第二種方法是當(dāng)前的主流方案，已經(jīng)商業(yè)化。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是白光LED結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制作，而且YAG熒光粉已經(jīng)在熒光燈領(lǐng)域應(yīng)用了許多年，工藝比較成熟。但是存在許多的缺點(diǎn)(1)藍(lán)光LED發(fā)光效率還不夠高；(2)短波長(zhǎng)的藍(lán)光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生長(zhǎng)波長(zhǎng)的黃光，存在能量損耗；C3)熒光粉與封裝材料隨著時(shí)間老化，導(dǎo)致色溫漂移；(4)不容易實(shí)現(xiàn)低色溫(一般照明用的白光略微偏暖色)，顯色指數(shù)一般也不高(70 80) ； (5)功率型白光LED還存在空間色度均勻性等問題。因此，UV LED激發(fā)RGB三色熒光粉的方法成為目前研究和發(fā)展的趨勢(shì)。相對(duì)于前兩者而言，該方法的一個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)在于不存在不同基色的混合。這種LED產(chǎn)生的光完全用于激發(fā)熒光粉，因此，光的色純度僅僅取決于熒光粉的色純度。此外，還可以獲得很高的顯色指數(shù)(>90)。其缺點(diǎn)主要有(1)高效的功率型紫外LED不容易制作；(2)由于Mocks 變換過程中存在能量損失，用高能量的UV光子激發(fā)低能量的紅、綠、藍(lán)光子導(dǎo)致效率較低； (3)封裝材料在紫外光的照射下容易老化，壽命縮短；(4)存在紫外線泄漏的安全隱患。目前世界上研究近紫外LED的機(jī)構(gòu)主要有日本的日亞Nichia，Toshiba公司和美國(guó)的Cree公司，臺(tái)灣的國(guó)立中興大學(xué)，韓國(guó)的Optowell公司及國(guó)內(nèi)的北京大學(xué)等，生產(chǎn)廠家主要有美國(guó)的Cree公司，Lumileds公司和德國(guó)的Osram光電子公司，臺(tái)灣主要有光寶電子、國(guó)聯(lián)光電、光磊科技、鼎元光電等公司，國(guó)內(nèi)的主要有廈門三安、深圳方大、上海藍(lán)光、山東華光和大連路美等單位。1998年日亞公司研制出發(fā)光波長(zhǎng)為371nm，外量子效率7. 5%，輸出功率5mW的hGaN/AWaN雙異質(zhì)結(jié)LED ；2001年，日本光電子研究實(shí)驗(yàn)室采用在圖形襯底上進(jìn)行側(cè)向外延生長(zhǎng)的技術(shù)(LEPS)制作出20mA驅(qū)動(dòng)電流下發(fā)光波長(zhǎng)382nm，外量子效率，輸出功率 15. 6mff的LED ；2002年，日亞公司利用圖形襯底和網(wǎng)格狀電極研制出發(fā)光波長(zhǎng)為400nm的 LED, 20mA時(shí)輸出功率達(dá)到22mW，外量子效率達(dá)到了 35. 5% ；2003年，日亞公司報(bào)道了 20mA 時(shí)輸出功率為2. 5mW，發(fā)光波長(zhǎng)為370nm的LED，采用的是技術(shù)是對(duì)稱結(jié)構(gòu)和高Al組分的 η和ρ型勢(shì)壘層；2004年，日亞公司生產(chǎn)出大芯片LED，驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到1A，正向電壓為4. 4V 時(shí)的輸出功率為1. 5W，發(fā)光波長(zhǎng)為365nm ；2006年，美國(guó)西北大學(xué)報(bào)道了利用aiO/GaN:Mg/ C-Al2O3異質(zhì)結(jié)研制的發(fā)光波長(zhǎng)375nm的LED ；2007年，臺(tái)灣國(guó)立中興大學(xué)報(bào)道了 380nm的 LED，20mA時(shí)的輸出功率為5. 06mff ；2009年，日本東芝公司報(bào)道了倒裝結(jié)構(gòu)的383nmLED， 20mA時(shí)輸出功率為23mW，外量子效率36%。有理論計(jì)算結(jié)果顯示，LED的外量子效率達(dá)到和超過50%才能成為日后通照明的主流。因此，如何提高LED的外部量子效率成為L(zhǎng)ED研究的一個(gè)主要方向。而材料的位錯(cuò)密度是造成GaN基LED量子效率低的其中一個(gè)主要原因，尤其是對(duì)于發(fā)短波長(zhǎng)的LED。高的位錯(cuò)密度主要是由藍(lán)寶石襯底和GaN外延層之間的晶格失配和熱膨脹系數(shù)失配造成的。除此之外，有源區(qū)的質(zhì)量好壞對(duì)LED的量子效率起著至關(guān)重要的作用，主要包括阱層和勢(shì)壘層的厚度，h組分，應(yīng)力，界面和每層材料生長(zhǎng)的質(zhì)量高低。對(duì)于近紫外LED的研究，目前主要存在的一下幾個(gè)研究難點(diǎn)
1.高質(zhì)量GaN外延層的生長(zhǎng) 2.低歐姆接觸電極的制作 3.電流擁堵效應(yīng)的解決 4.電流注入效率的提高 5.出光效率的提高技術(shù) 6.熒光材料的高效合成 7.耐熱抗UV封裝材料的研究 8.散熱問題的解決
目前在提高LED的出光效率方面也有很多人做了大量很有成效的工作，諸如圖形化藍(lán)寶石襯底，圖形化藍(lán)寶石模板，LED中插入光子晶體技術(shù)，LED側(cè)壁切割技術(shù)等引起人們的廣泛關(guān)注。再如有人利用激光輻照的方法在傳統(tǒng)的GaN基發(fā)光二極管上部p-GaN表面形成納米級(jí)粗糙層，經(jīng)過表面粗化后，P-GaN表面的粗糙度由2. 7nm增加到了 13. 2nm。結(jié)果顯示，采用表面粗化處理的器件在加20mA電流時(shí)，亮度提高了 25%。還有人利用表面粗化來提高出光效率做了研究，主要利用的方法包括表面粗化、晶片鍵合和激光襯底剝離技術(shù)等?，F(xiàn)有的以上各種方法都只是單一的改善了 LED的某項(xiàng)性能，要不提高了 GaN晶體質(zhì)量，要不提高了 GaN基LED的光提取效率，不能同時(shí)改善GaN外延晶體質(zhì)量差和 GaN發(fā)光器件出光效率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種近紫外LED器件，該器件通過內(nèi)置空氣間隙結(jié)構(gòu)和 DBR掩膜的反射/散射作用，大大加強(qiáng)光出射效率。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種近紫外LED器件，器件結(jié)構(gòu)包括襯底以及依次層疊于襯底上的低溫AlN緩沖層、非摻雜本征GaN層、η型GaN緩沖層、hGaN/AWaN多量子阱有源區(qū)、ρ型AlGaN包覆層、ρ型GaN接觸層、透明導(dǎo)電層、金屬電極，所述器件結(jié)構(gòu)的襯底和 InGaN/AlGaN多量子阱有源區(qū)之間包括空氣間隙層和具有圖案結(jié)構(gòu)的DBR反射層這兩層結(jié)構(gòu)；空氣間隙層由光刻和刻蝕制備，可以提高LED器件的光提取效率，而該DBR反射層具有圖案結(jié)構(gòu)，由兩種折射率不同的材料周期交替生長(zhǎng)形成，該DBR反射層同時(shí)具有降低穿透位錯(cuò)和提高發(fā)光提取效率的作用。首先在襯底上依次生長(zhǎng)低溫緩沖層和未摻雜的GaN本征層；在該GaN本征層上制備錐形空氣間隙結(jié)構(gòu)，再繼續(xù)生長(zhǎng)GaN本征層，形成完全愈合平整的GaN本征層；然后在該 GaN本征層上制備具有圖案結(jié)構(gòu)的DBR反射層，并在該圖案結(jié)構(gòu)的DBR反射層上繼續(xù)生長(zhǎng) GaN本征層，再次形成完全愈合平整的GaN本征層；在完全愈合平整的GaN本征層上生長(zhǎng)η 型GaN層，并在其上依次進(jìn)行hGaN/AWaN多量子阱有源區(qū)、ρ型AlGaN包覆層、ρ型GaN接觸層的生長(zhǎng)。首先在GaN本征層上經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的光刻過程，得到周期性排布的SW2掩膜圖案和空洞，然后采用ICP對(duì)GaN外延層進(jìn)行刻蝕以露出AlN緩沖層。然后對(duì)晶圓進(jìn)行晶體濕法刻蝕，得到圓臺(tái)形空洞，最后去除SiO2掩膜層；再繼續(xù)生長(zhǎng)GaN本征層GaN外延層從上述頂部 GaN面開始橫向生長(zhǎng)，并逐漸使空洞的頂端連接愈合，得到錐形封閉空氣間隙。所述的圖案結(jié)構(gòu)DBR反射層的DBR介質(zhì)層的圖案形狀為七邊形，DBR反射層由多個(gè)周期的SW2與SiN4 交替形成DBR反射層。一種紫外LED器件的制造方法，其步驟I .材料生長(zhǎng)步驟1)在襯底上，利用 MOCVD工藝，依次生長(zhǎng)低溫AlN緩沖層、未摻雜GaN層，然后利用PECVD系統(tǒng)在未摻雜GaN 層上沉積一 SiO2層作掩膜層；幻掩膜層的干法-濕法刻蝕過程經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的光刻過程和 HF溶液濕法刻蝕過程，得到周期性排布的S^2掩膜圖案和空洞，空洞的直徑為3um，間隔為 12um,然后采用ICP對(duì)GaN外延層進(jìn)行刻蝕以露出AlN緩沖層。采用熱磷酸溶液對(duì)晶圓進(jìn)行晶體濕法刻蝕，得到圓臺(tái)形空洞，最后去除SW2掩膜層；3)GaN外延層從上述頂部GaN面開始橫向生長(zhǎng)，并逐漸使空洞的頂端連接愈合，得到錐形封閉空氣間隙，然后進(jìn)行GaN成核層的生長(zhǎng)和η型GaN型緩沖層的生長(zhǎng)，接著在圖形化光刻膠上采用電子束蒸發(fā)沉積DBR介電多層膜，然后依次對(duì)光刻膠進(jìn)行剝離、去除殘留物，最后進(jìn)行η型GaN層、InGaN/AWaN多量子阱有源區(qū)、P型AKiaN、P型GaN接觸層的生長(zhǎng)。II .器件制作步驟1)蒸發(fā)ΙΤ0，通過光刻，腐蝕工藝，將劃片道和N區(qū)的ITO去除，保留發(fā)光區(qū)的ITO ；2)通過ICP刻蝕，刻蝕劃片道和N區(qū)的P型GaN至露出N型GaN ;3)在N型GaN上蒸發(fā)Ti (200nm) /Al (600nm) / Ti (200nm) /Au (200nm)，作為N壓焊點(diǎn)，并通過退火和N型GaN形成穩(wěn)定的歐姆接觸；4)在 ITO上蒸發(fā)Ti (IOOnm)/Au (300nm)，作為P壓焊點(diǎn)，完成器件制作。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明中內(nèi)置空氣間隙結(jié)構(gòu)在界面處具有較高的折射率差， 可以有效增強(qiáng)有源區(qū)發(fā)光在空氣間隙結(jié)構(gòu)界面處的反射，從而提高LED器件的光提取效率，實(shí)驗(yàn)證明，注入電流為20mA時(shí)，與傳統(tǒng)LED相比，嵌入空氣間隙后，光輸出功率可以提高 1.討倍。實(shí)驗(yàn)證明，400nm條件下，DBR多層的峰值反射率為99%，同時(shí)可獲得一個(gè)大的IOOnm 阻帶(峰值反射率為95%及以上)，可以有效反射向襯底方向出射的發(fā)光，從而提高LED器件的光提取效率。另外通過對(duì)內(nèi)置DBR-LED和傳統(tǒng)LED的TEM對(duì)比觀察，DBR可以明顯降低穿透位錯(cuò)，改善晶體質(zhì)量，使光輸出功率比傳統(tǒng)的LED高出約10%。在正向電流為20mA條件下，PDBR-LED的光輸出功率要比傳統(tǒng)的LED高出近39%。本發(fā)明涉及的DBR巧妙地采用截面為七邊形的柱狀結(jié)構(gòu)，其尺寸大小、空間有規(guī)律的間隔排布尺寸，都是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的， 實(shí)驗(yàn)證明有利于進(jìn)一步提高LED的出光效率。本發(fā)明將兩種最新技術(shù)有機(jī)結(jié)合一起，在改善晶體質(zhì)量的同時(shí)，有效防止光的“逃逸”，大大增強(qiáng)了光提取率，提高了光輸出效率。


圖1為本發(fā)明一種近紫外LED器件結(jié)構(gòu)示意圖2-5是為本發(fā)明中制備內(nèi)置空氣間隙結(jié)構(gòu)的步驟示意圖； 圖6是DBR的多層介電層膜的尺寸、形狀、空間排布圖。圖中
I-P 電極、2—ITO 透明導(dǎo)電層、3—p-GaN 接觸層、4一p-AlGaN 包覆層、5—InGaN/AlGaN 多重量子阱有源層、6—n-GaN緩沖層、7—η電極、8—Si02/SiN4多層介電層膜(DBR)、9一未摻雜GaN成核層、10—空氣間隙結(jié)構(gòu)、11一未摻雜GaN成核層/低溫AlN緩沖層、12 — GaN/ 藍(lán)寶石襯底、11一未摻雜GaN/低溫AlN層、12—藍(lán)寶石襯底、13—S^2掩膜層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。參照?qǐng)D1，本發(fā)明器件的最下層為藍(lán)寶石襯底，藍(lán)寶石襯低上為低溫AlN緩沖層， 低溫AlN緩沖層上為未摻雜GaN成核層，二者交界面處有空氣間隙，GaN成核層上為η型GaN 緩沖層，二者交界面處為DBR(Si02/SiN4)多層介電層膜結(jié)構(gòu)，η型GaN緩沖層上為hx(;ai_xN/ AlyGa1^yN組成的多量子阱有源區(qū)，多量子阱有源區(qū)上為ρ型AlGaN包覆層，包覆層上為ρ型 ^iN接觸層。本發(fā)明器件的制作包括材料生長(zhǎng)和器件制作兩個(gè)步驟。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的材料生長(zhǎng)步驟如下
步驟1，在藍(lán)寶石基片上，利用MOCVD工藝，生長(zhǎng)低溫AlN緩沖層。將襯底溫度降低為600° C，保持生長(zhǎng)壓力40Torr，氫氣流量為1500SCCm，氨氣流量為1500SCCm，向反應(yīng)室通入流量為28 μ mol/min的鋁源，生長(zhǎng)厚度為30nm的低溫AlN 緩沖層。步驟2，低溫AlN緩沖層上，生長(zhǎng)高溫GaN本征層。將生長(zhǎng)溫度升高到1300°C，保持生長(zhǎng)壓力40Torr，氫氣流量為1500sCCm，氨氣流量為1500SCCm，向反應(yīng)室通入流量為28 μ mol/min的鎵源，生長(zhǎng)厚度為4. Oum的高溫GaN 本征層。步驟3，參照?qǐng)D2-5，采用PECVD設(shè)備淀積厚度約為4. Oum的SW2層作為刻蝕掩模層。對(duì)樣片甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000r/min，時(shí)間為6min，然后再在溫度為90°C的烘箱中烘15min，通過標(biāo)準(zhǔn)的光刻和氫氟酸濕法刻蝕過程，在SW2層上刻蝕出直徑為3um，間距為 12um的周期性分布凹孔圖案，見圖2。接著采用ICP工藝對(duì)GaN外延層進(jìn)行刻蝕以露出AlN 緩沖層，刻蝕時(shí)采用的ICP功率為100W，偏壓為110V，壓力為12Torr，刻蝕時(shí)間為400s ；見圖3。然后將晶圓浸入到熱的磷酸溶液(170° C)中，進(jìn)行Smin的晶體濕法刻蝕，該濕法刻蝕過程包括在AlN緩沖層選擇性橫向刻蝕過程和在GaN層上自下而上的N面晶體刻蝕過
程，這樣最終就會(huì)形成穩(wěn)定的GaN層晶體刻蝕面(1() 1)，見圖4。接著采用丙酮去除刻蝕
后的正膠，然后在BOE中浸泡Imin去除SiO2掩膜，最后用去離子水清洗干凈并用氮?dú)獯蹈桑?除去刻蝕后的掩摸層。步驟4，刻蝕的本征層(步驟3后最終獲得樣品)上，生長(zhǎng)GaN成核層。
外延生長(zhǎng)之前，芯片先在1150° C氫氣氛圍下預(yù)處理以去除表面污染，然后 500° C下進(jìn)行30nmGaN成核層的生長(zhǎng)，保持生長(zhǎng)壓力40Torr，氫氣流量為1500sCCm，氨氣流量為1500sccm，向反應(yīng)室通入流量為^ymol/min的鎵源。GaN外延層在(OOOl)GaN面頂部通過一高質(zhì)量的橫向生長(zhǎng)過程，在凹孔的頂部表面生長(zhǎng)并愈合，這樣就得到封閉的錐形空氣間隙結(jié)構(gòu)，見圖5。步驟5，將芯片取出，在GaN模板上制備出PDBR掩膜，采用光刻技術(shù)對(duì)光刻膠進(jìn)行圖形化，刻蝕出空間規(guī)律排布的七邊形，刻蝕至露出GaN層為止，而且圖形的對(duì)角線長(zhǎng)度為 3um,相鄰圖形之間的間距為6um。接著在原位光學(xué)反射監(jiān)測(cè)下使用電子束蒸發(fā)進(jìn)行S^2與 SiN4介電多層膜DBR掩膜的交替循環(huán)沉積，循環(huán)次數(shù)為3，而每層SW2與SiN4厚度分別為 68um和44um。然后對(duì)光刻膠進(jìn)行剝離，去離子水清洗、烘干，即可得到PDBR介電多層膜，見圖6。圖形的寬度/對(duì)角線長(zhǎng)度和相鄰圖形之間的間距的值非常關(guān)鍵，二者的值太大、太小或者二者比例的不協(xié)調(diào)都會(huì)影響GaN晶體薄膜的橫向外延生長(zhǎng)質(zhì)量，進(jìn)而影響GaN外延薄膜的晶體質(zhì)量和GaN基LED的出光效率。步驟6，采用MOCVD系統(tǒng)，進(jìn)行外延薄膜的生長(zhǎng)。在外延層生長(zhǎng)之前，升溫至1150° C，在氫氣氛圍下再次對(duì)GaN模板的PDBR掩膜進(jìn)行處理，以去除之前進(jìn)程中的殘留污染物。然后在PDBR掩模板上生長(zhǎng)一個(gè)η型GaN層，生長(zhǎng)溫度保持在1150°C，保持生長(zhǎng)壓力40Torr，氫氣流量為1500sCCm，氨氣流量1500sCCm， 向反在室同時(shí)通入流量為40μπιΟ1/π η的鎵源以及1-3μπι01/π η的Si源，生長(zhǎng)厚度為 4. 5um的Si摻雜的GaN層。步驟7，η型GaN層上，生長(zhǎng)hGaN/AlGaN多量子阱有源區(qū)。生長(zhǎng)溫度保持在1150°C，保持生長(zhǎng)壓力40Torr，氫氣流量為1500sCCm，氨氣流量 1500sccm,向反應(yīng)室同時(shí)進(jìn)入流量為65 μ mol/min的銦源、65 μ mol/min的鋁源和80 μ mol/ min的鎵源，進(jìn)行八個(gè)周期hGaN/AWaN多量子阱有源層的生長(zhǎng)。步驟8，多量子阱有源層上，生長(zhǎng)ρ型AKiaN層。生長(zhǎng)溫度保持在1150°C，保持生長(zhǎng)壓力40Torr，氫氣流量為1500sCCm，氨氣流量1500sccm，向反應(yīng)室同時(shí)進(jìn)入流量為80 μ mol/min的鋁源、120 μ mol/min的鎵源以及 3-5 μ mol/min的Mg源，生長(zhǎng)一個(gè)30nm厚的ρ型AlGaN =Mg包覆層。步驟9，在所述的ρ型AlGaN=Mg包覆層上，生長(zhǎng)ρ型GaN接觸層。生長(zhǎng)溫度保持在950°C，保持生長(zhǎng)壓力40Torr，氫氣流量為1500sCCm，氨氣流量 1500sccm,向反應(yīng)室同時(shí)通入流量為65 μ mol/min的鎵源，以及3-5 μ mol/min的Mg源，生長(zhǎng)厚度為0. 2um的P型GaN =Mg接觸層。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的器件制作步驟如下
第一步，在P型GaN接觸層上采用ICP或者RIE工藝刻蝕臺(tái)面至η型GaN層。采用PECVD設(shè)備淀積厚度約為300nm的SW2層來作為刻蝕掩模層。由于對(duì)AlGaN 材料的刻蝕速率較慢，增加該步驟是為了在樣片上形成S^2和光刻膠共同起作用的雙層掩模圖形，更有利于保護(hù)未刻蝕區(qū)域表面；對(duì)樣片甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000r/min，時(shí)間為45s，然后再在溫度為90°C的烘箱中烘15min，通過光刻以及顯影形成刻蝕所需的圖形；采用ICP干法刻蝕，形成臺(tái)面，刻蝕時(shí)采用的ICP功率為100W，偏壓為110V，壓力為12Torr，刻蝕時(shí)間為400s;采用丙酮去除刻蝕后的正膠，然后在BOE中浸泡Imin去除SiO2掩膜，最后用去離子水清洗干凈并用氮?dú)獯蹈?，除去刻蝕后的掩摸層。 第二步，在η型GaN層上光刻出η型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在電極圖形區(qū)蒸發(fā)η型歐姆接觸金屬，形成η型電極。為了更好地剝離金屬，首先在樣片上甩黏附劑，轉(zhuǎn)速為8000r/min，時(shí)間為30s，在溫度為160°C的高溫烘箱中烘20min ；然后再在該樣品上甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000r/min，時(shí)間為45s，最后在溫度為80°C的高溫烘箱中烘lOmin，光刻獲得η型電極圖形；采用等離子體去膠機(jī)去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，該步驟大大提高了剝離的成品率，而后采用電子束蒸發(fā)設(shè)備淀積Ti/Al/Ti/Au四層金屬；在丙酮中浸泡40min以上后進(jìn)行超聲處理，然后用氮?dú)獯蹈伞悠湃氲娇焖偻嘶馉t中，首先向退火爐內(nèi)通入氮?dú)釯Omin左右，然后在氮?dú)鈿夥?，溫度?50°C條件下進(jìn)行40s的高溫退火， 形成η型電極。 第三步，在ρ型GaN層采用電子束蒸發(fā)工藝蒸鍍一透明導(dǎo)電層(ΙΤΟ)，然后在其上光刻出P型電極的圖形，同樣采用電子束蒸發(fā)工藝，在電極圖形區(qū)蒸發(fā)P型歐姆接觸金屬， 形成P型電極，完成器件制作。
具體操作為光刻出ρ型電極的圖形，然后用電子束蒸發(fā)工藝，在電極圖形區(qū)蒸發(fā)P型歐姆接觸金屬，形成P型電極。首先在樣片上甩黏附劑，甩膠臺(tái)的轉(zhuǎn)速為8000r/min，時(shí)間為 30s，將其放入溫度為160°C的高溫烘箱中烘20min ；之后再在該樣片上甩正膠，甩膠臺(tái)的轉(zhuǎn)速為5000r/min，時(shí)間為45s，放入溫度為80°C的高溫烘箱中烘lOmin，光刻獲得ρ型電極圖形；采用等離子體去膠機(jī)去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，在P型電極圖形上采用電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)Ti/Au兩層金屬來作為ρ型電極；將進(jìn)行上述處理的樣片放入丙酮中浸泡20min以上后進(jìn)行超聲處理，然后用氮?dú)獯蹈?，之后再將該樣片放入到快速退火爐中，在氮?dú)鈿夥障拢瑴囟葹?60°C條件下進(jìn)行IOmin的高溫退火，形成P型電極，完成器件制作。
權(quán)利要求
1.一種近紫外LED器件，器件結(jié)構(gòu)包括襯底以及依次層疊于襯底上的低溫AlN緩沖層、 非摻雜本征GaN層、η型GaN緩沖層、hGaN/AWaN多量子阱有源區(qū)、ρ型AlGaN包覆層、ρ 型GaN接觸層、透明導(dǎo)電層、金屬電極，其特征在于所述器件結(jié)構(gòu)的襯底和hGaN/AWaN多量子阱有源區(qū)之間包括空氣間隙層和具有圖案結(jié)構(gòu)的DBR反射層這兩層結(jié)構(gòu)；空氣間隙層由光刻和刻蝕制備，可以提高LED器件的光提取效率，而該DBR反射層具有圖案結(jié)構(gòu)，由兩種折射率不同的材料周期交替生長(zhǎng)形成，該DBR反射層同時(shí)具有降低穿透位錯(cuò)和提高發(fā)光提取效率的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外LED器件，其特征在于首先在襯底上依次生長(zhǎng)低溫緩沖層和未摻雜的GaN本征層；在該GaN本征層上制備錐形空氣間隙結(jié)構(gòu)，再繼續(xù)生長(zhǎng)GaN本征層，形成完全愈合平整的GaN本征層；然后在該GaN本征層上制備具有圖案結(jié)構(gòu)的DBR反射層，并在該圖案結(jié)構(gòu)的DBR反射層上繼續(xù)生長(zhǎng)GaN本征層，再次形成完全愈合平整的GaN 本征層；在完全愈合平整的GaN本征層上生長(zhǎng)η型GaN層，并在其上依次進(jìn)行hGaN/AWaN 多量子阱有源區(qū)、P型AlGaN包覆層、ρ型GaN接觸層的生長(zhǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紫外LED器件，其特征在于所述的錐形空氣間隙結(jié)構(gòu)的制備過程如下首先在GaN本征層上經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的光刻過程，得到周期性排布的SW2掩膜圖案和空洞，然后采用ICP對(duì)GaN外延層進(jìn)行刻蝕以露出AlN緩沖層；然后對(duì)晶圓進(jìn)行晶體濕法刻蝕，得到圓臺(tái)形空洞，最后去除SW2掩膜層；再繼續(xù)生長(zhǎng)GaN本征層GaN外延層從上述頂部GaN面開始橫向生長(zhǎng)，并逐漸使空洞的頂端連接愈合，得到錐形封閉空氣間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外LED器件，其特征在于所述的圖案結(jié)構(gòu)DBR反射層的 DBR介質(zhì)層的圖案形狀為七邊形，DBR反射層由多個(gè)周期的SW2與SiN4交替形成DBR反射層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外LED器件的制造方法，其步驟I.材料生長(zhǎng)步驟1)在襯底上，利用MOCVD工藝，依次生長(zhǎng)低溫AlN緩沖層、未摻雜GaN層，然后利用 PECVD系統(tǒng)在未摻雜GaN層上沉積一 SW2層作掩膜層；2)掩膜層的干法-濕法刻蝕過程經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的光刻過程和HF溶液濕法刻蝕過程，得到周期性排布的SiA掩膜圖案和空洞，空洞的直徑為3um，間隔為12um，然后采用ICP對(duì)GaN 外延層進(jìn)行刻蝕以露出AlN緩沖層；采用熱磷酸溶液對(duì)晶圓進(jìn)行晶體濕法刻蝕，得到圓臺(tái)形空洞，最后去除S^2掩膜層；3)GaN外延層從上述頂部GaN面開始橫向生長(zhǎng)，并逐漸使空洞的頂端連接愈合，得到錐形封閉空氣間隙，然后進(jìn)行GaN成核層的生長(zhǎng)和η型GaN型緩沖層的生長(zhǎng)，接著在圖形化光刻膠上采用電子束蒸發(fā)沉積DBR介電多層膜，然后依次對(duì)光刻膠進(jìn)行剝離、去除殘留物，最后進(jìn)行η型GaN層、InGaN/AlGaN多量子阱有源區(qū)、ρ型AlGaN、P型GaN接觸層的生長(zhǎng)；II .器件制作步驟1)蒸發(fā)ΙΤ0，通過光刻，腐蝕工藝，將劃片道和N區(qū)的ITO去除，保留發(fā)光區(qū)的ITO；2)通過ICP刻蝕，刻蝕劃片道和N區(qū)的P型GaN至露出N型GaN；3)在N 型 GaN 上蒸發(fā) Ti (200nm) /Al (600nm) /Ti (200nm) /Au (200nm)，作為 N 壓焊點(diǎn)，并通過退火和N型GaN形成穩(wěn)定的歐姆接觸；4)在ITO上蒸發(fā)Ti(IOOnm)/Au (300nm)，作為P壓焊點(diǎn)，完成器件制作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種InGaN/AlGaN基近紫外LED器件的制造方法,該器件的主要特點(diǎn)是在器件的底層結(jié)構(gòu)中采用嵌入錐形空氣間隙結(jié)構(gòu)和圖案化內(nèi)置DBR等技術(shù)以提高器件的發(fā)光效率。圖案化內(nèi)置DBR能夠阻斷穿透位錯(cuò)的延伸，從而大大降低了外延層中擴(kuò)展位錯(cuò)的密度，提高了外延薄膜的晶體質(zhì)量；同時(shí)DBR反射層結(jié)構(gòu)特有高反射率性質(zhì)，再加上底層特別設(shè)計(jì)的空氣間隙結(jié)構(gòu)，可以對(duì)射向襯底的光進(jìn)行多次反射和散射回上表面，大大提高了LED的出光效率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102368526SQ20111033065
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者劉榕, 徐瑾, 王江波, 魏世禎 申請(qǐng)人:華燦光電股份有限公司