一种硅衬底深紫外发光二极管外延芯片结构及制备方法_2

文档序号:9728956阅读:来源:国知局

[0054]和/或,
[0055]在步骤S24中,米用蚀刻设备去除所述A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层、非惨杂AlyGai—yN层,所述刻蚀设备为感应耦合等离子体蚀刻设备(以下简称ICP)或者反应离子刻蚀蚀刻设备(以下简称RIE)。
[0056]和/或,
[0057]所述η电极中包括Al,Au以及Ag中的一种或多种金属,且所述η电机的厚度范围为10?4000nm。
[0058]本发明提供的硅衬底深紫外发光二极管外延芯片结构及制备方法具有如下优势:
[0059]在本发明中,首先在硅衬底上依次生长A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层以及非掺杂AlyGai—yN 层,随后再依次生长η 型AlzGai—ZN层、多量子阱 AluGai—uN/AlvGai—VN层、p型AlwGai—WN层、P型AlmGanN层以及p型GaN接触层,完成硅衬底深紫外发光二极管外延结构的制备。然后对该外延结构进行反射电极沉积、转移衬底、腐蚀衬底、沉积η电极,完成硅衬底深紫外发光二极管芯片结构的制备。
[0060]基于如上的硅衬底外延芯片制备方法可以得到垂直结构薄膜深紫外发光二极管。对比常规的水平结构芯片和倒装结构芯片,该芯片结构可以极大地提高深紫外发光二极管的光提取效率,增加轴向光输出,提高光功率密度。
[0061]再有,虽然激光剥离技术也可以获得垂直结构薄膜发光二极管,然而由于深紫外外延结构缓冲层材料差异的原因,激光剥离技术目前难以应用于制备AlGaN基垂直结构深紫外LED。对比激光剥离技术,在本发明中,硅衬底技术可借用多年技术积累发展的硅集成电路生产工艺来制作发光二极管,进而大幅度提高自动化程度,最大限度地降低了人员的参与,大大降低了人工成本;同时,制备出来的深紫外发光二极管芯片的可靠性、一致性和良率都会大幅度提尚。
【附图说明】
[0062]图1为本发明中硅衬底深紫外发光二极管外延结构示意图;
[0063]图2为本发明中硅衬底深紫外发光二极管芯片结构示意图;
[0064]图3为本发明中硅衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法流程图;
[0065]图4为本发明中硅衬底深紫外发光二极管芯片结构制备方法流程图。
[0066]附图标记:
[0067]卜硅衬底,2-A1N缓冲层,3-AlxGai—XN 缓冲层,4_ 非掺杂 AlyGai—yN 层,5_n 型 AlzGai—ZN层,6-多量子阱 AluGai—uN/AlvGai—VN 层,7_p 型 AlwGai—WN 层,8_P 型 AlmGai—mN 层,9_p 型 GaN 接触层,10-反射电极,11-转移衬底,12-n电极。
【具体实施方式】
[0068]下面参照附图,结合具体实施例,对本发明进一步详细说明。
[0069]实例一:
[0070](1)如图1所示,选用硅衬底1,经过处理之后,在M0CVD(金属有机化合物化学气相沉淀)中,以NH3和TMA1(三甲基铝)为原材料,在1200°C的条件下生长厚度为200nm的A1N缓冲层2。
[0071](2)在M0CVD中,在A1N缓冲层2上,以NH3、TMAl、TMGa(三甲基镓)为原料,在1200°C条件下生长厚度为200nm的Al0.sGa0.sN缓冲层3。
[0072](3)在M0CVD中,在AlQ.5Ga0.5N缓冲层3上,以NH3、TMAl、TMGa为原料,在 1400°C条件下生长厚度为0.5um的非掺杂Al0.sGa0.5N层4。
[0073](4)在顯00)中,在非掺杂六1().563()^层4上,以冊3、了]\^1、了]\?^、5丨!14为原料(3丨!14掺杂浓度为5E18cm—3),在1400°C条件下生长厚度为3um的η型AlQ.5Ga0.5N层5。
[0074](5)在M0CVD中,在η型AlQ.5Ga0.5N层5上,以NH3、TMAl、TMGa为原料,在 1400°C条件下生长 AlQ.4Ga0.6N/Al().6Ga().4N 周期结构。其中,AlQ.4GaQ.6N 的厚度为 3nm,Al0.6Ga().4N 的厚度为10]1111,生长周期为50
[0075](6)在腸00)中,在厶1().46&()^/^1().66&().4~层6上,以順3、丁嫩1、了]\?^丄?2]\%为原料(]\%的掺杂浓度为5E19cm—3),在1400°C条件下生长厚度为40nm的p型Al0.sGa0.2N层7。
[0076](7)在皿)00)中,在?型六1().863().2~层7上,以冊3、了]\^1、了]\?^丄?2]\%为原料(]\%的掺杂浓度为5E18cm—3),在1200°C的条件下生长厚度为60nm的p型Al0.5GaQ.5N层8。
[0077](8)在M0CVD中,在p型Al0.sGa0.2N层8上,以NH3、TMGa、Cp2Mg为原料(Mg的掺杂浓度为lE19cm—3。),在1000°C的条件下生长厚度为10nm的p型GaN接触层9,得到该实施例提供的硅衬底深紫外发光二极管外延结构。
[0078]实施例二:
[0079]基于实施例一提供的硅衬底深紫外发光二极管外延结构,在本实施例中制备硅衬底深紫外发光二极管芯片结构,结构如图2所示,在制备的过程中包括以下步骤:
[0080]在实施例一中的步骤(1)?(8)之后,还包括:
[0081](9)对所生长完毕的外延结构进行退火,退火条件为:在600°C下,N2环境中退火20min(分钟)。
[0082](10)退火完毕后,用溅射的方式在p型GaN接触层9表面溅射一层厚度为200nm的A1反射电极10。
[0083](11)在反射电极10上,邦定(bonding)导电娃衬底11。
[0084](12)将硅衬底1用Κ0Η腐蚀液去除。
[0085](13)用ICP将A1N缓冲层2,Al0.sGa0.5N缓冲层3以及非掺杂Al0.sGa0.5N层4去除。
[0086](14)用粗化液对暴露出的η型AlQ.5Ga0.5N层5进行粗化。
[0087](15)在粗化后的η型AlQ.5Ga0.5N层5上,蒸镀厚度为2000nm的Cr/Pt/Au图形作为η电极12,得到该实施例中提供的硅衬底深紫外发光二极管芯片结构。
[0088]实例三:
[0089](1)如图1所示,选用硅衬底1,经过处理之后,在M0CVD中,以ΝΗ3和ΤΜΑ1为原材料,在1200°C的条件下生长厚度为400nm的Α1Ν缓冲层2。
[0090](2)在M0CVD中,在A1N缓冲层2上,以NH3、TMAl、TMGa为原料,在1200°C条件下生长厚度为400nm的Al0.sGa0.5N缓冲层3。
[0091](3)在M0CVD中,在AlQ.5Ga0.5N缓冲层3上,以NH3、TMAl、TMGa为原料,在 1400°C条件下生长厚度为1.5um的非掺杂Al0.3Ga0.7N层4。
[0092](4)在顯00)中,在非掺杂六1().363()^层4上,以冊3、了]\^1、了]\?^、5丨!14为原料(3丨!14掺杂浓度为5E18cm—3),在1400°C条件下生长厚度为3um的η型AlQ.3GaQ.7N层5。
[0093](5)在M0CVD中,在η型Al0.3Ga0.7N层5上,以NH3、TMAl、TMGa为原料,在 1400°C条件下生长 AlQ.2GaQ.8N/Al().4Ga().6N 周期结构。其中AlQ.2GaQ.8N 的厚度为 3nm,AlQ.4GaQ.6N 的厚度为10nm,生长周期为7个。
[0094](6)在腸00)中,在厶1。.26&。.8~/^1。.46&。.6~层6上,以順3、丁嫩1、了]\?^、0?2]\%为原料(]\%的掺杂浓度为5E19cm—3),在1400°C条件下生长厚度为40nm的p型AlQ.6GaQ.4N层7。
[0095](7)在皿)00)中,在?型六1().663().4~层7上,以冊3、了]\^1、了]\?^丄?2]\%为原料(]\%的掺杂浓度为5E18cm—3),在1200°C的条件下生长厚度为60nm的p型AlQ.3GaQ.7N层8。
[0096](8)在M0CVD中,在p型Al0.3Ga0.?N层8上,以NH3、TMGa、Cp2Mg为原料(Mg的掺杂浓度为lE19cm-3),在1000°C的条件下生长厚度为10nm的p型GaN接触层9,得到该实施例提供的硅衬底深紫外发光二极管外延结构。
[0097]实施例四:
[0098]基于实施例三提供的硅衬底深紫外发光二极管外延结构,在本实施例中制备硅衬底深紫外发光二极管芯片结构,结构如图2所示,在制备的过程中包括以下步骤:
[0099 ]在实施例三中的步骤(1)?(8)之后,还包括
[0100](9)在M0CVD内对所生长的外延结构进行退火,退火条件为:在600°C下,N2环境中退火20min(分钟)。
[0101](10)将生长完毕的材料取出M0CVD,用蒸镀的方式在p型
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