一种AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法
【专利摘要】一种AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法，其特征是步骤如下：在生长衬底1上生长h-BN层2；在h-BN层2上生长过渡层3；在过渡层3上生长非掺杂AlGaN层4；在非掺杂AlGaN层4上生长n-AlGaN层5；在n-AlGaN层5上生长多量子阱AlGaN/AlGaN层6；在多量子阱AlGaN/AlGaN层6上生长宽带隙p-AlGaN层7；在宽带隙p-AlGaN层7上生长p-AlGaN层8；在p-AlGaN层8上生长高空穴浓度p-GaN层9；在高空穴浓度的p-GaN层9上制作欧姆接触层10；由1~10组成的p面欧姆接触的外延片与导电衬底11相结合；转移衬底1，并去除h-BN层2、过渡层3及非掺杂AlGaN层4；在n-AlGaN层5上制作n电极12。本发明提供了一种稳定性好，操作简单，成本低廉的机械转移衬底方法，具有操作简单、速度快、成本低廉、剥离损伤小，速度快等优点。
【专利说明】一种AIGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体光电子领域，具体涉及一种利用h-BN作为材料生长缓冲层及衬底剥离层制备深紫外LED的方法。
【背景技术】
[0002]固态紫外LED光源具有许多应用，如在有害生物制剂检测，水、空气和食物的消毒杀菌，高密度数据贮存，通信转换和照明光源等方面有重要的应用，因而受到极大的关注。以AlGaN材料为有源区的深紫外LED的发光波长能够覆盖21(T280nm的深紫外波段，是实现该波段LED器件的理想材料，而且AlGaN基紫外LED —直是宽禁带半导体材料器件领域的一个重要关注点。
[0003]近年来，随着AlN/蓝宝石模板等技术的突破和发展，AlGaN基紫外LED的性能也获得快速提升，国际上多家机构相继研制出了单芯片出光功率达毫瓦级的平面结构AlGaN基深紫外LED，发光波长短于280nm。但是，目前AlGaN基深紫外LED的出光功率普遍较低，进一步提高AlGaN基深紫外LED的出光功率是其得到广泛应用的必然要求。和InGaN基蓝光LED的发展路径类似，采用垂直芯片结构是进一步发展高效大功率AlGaN基深紫外LED的有效途径。然而，由于缓冲层材料的差异以及金属Al相对金属Ga的高熔点等原因，目前应用于制备InGaN基垂直结构蓝光LED最成熟的激光剥离技术难以应用于制备AlGaN基垂直结构深紫外LED。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法，即采用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)技术以h-BN为缓冲层及剥离层制备垂直结构深紫外LED。
[0005]为了实现本发明的目的，所采取的技术方案如下:
1)在生长衬底I上生长h-BN层2；
2)在h-BN层2上生长过渡层3；
3)在过渡层3上生长非掺杂AlGaN层4；
4)在非掺杂AlGaN层4上生长n-AlGaN层5；
5)在n-AlGaN层5上生长多量子阱AlGaN/AlGaN层6；
6)在多量子阱AlGaN/AlGaN层6上生长宽带隙p-AlGaN层7；
7)在宽带隙p-AlGaN层7上生长p-AlGaN层8；
8)在p-AlGaN层8上生长高空穴浓度p_GaN层9；
9)在高空穴浓度的P-GaN层9上制作欧姆接触层10；
10)由f10组成的ρ面欧姆接触的外延片与导电衬底11相结合；
11)转移衬底1，并去除h-BN层2、过渡层3及非掺杂AlGaN层4；
12)在n-AlGaN层5上制作η电极12。[0006]步骤I)所述的衬底I采用蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓或氮化铝中的一种或者是它们的复合衬底。
[0007]步骤I)所述的h-BN层2是以三乙基硼和氨气为原料，在氨气与三乙基硼摩尔比为1000~3000，温度为1000-1500?条件下制备而成。
[0008]步骤2)所述的过渡层3是对h-BN层2表面进行氧气等离子处理或在其表面生长一层ZnO纳米墙或纳米棒，或同时应用上述两种方法制备而成。
[0009]步骤2)所述的过渡层3中对h-BN层2表面进行氧气等离子处理可使表面粗糙，产生台阶边及创造更多成核位置，有利于上层材料的成核生长。ZnO纳米墙或纳米棒，降低h-BN界面能，增大成核概率，有利于AlGaN层4的成核生长。
[0010]所述ZnO纳米墙或纳米棒层的制备方法是金属有机化合物化学气相沉淀法或化学溶液法。
[0011]步骤2)中的过渡层3为AlN、GaN、AlGaN/AlGaN超晶格或AlGaN晶格渐变层，或它们的组合层。
[0012]步骤10)所述的与导电衬底11相结合是通过导电导热胶粘合。
[0013]步骤11)转移衬底的方法是先将制备好的具有ρ面欧姆接触的外延片整体反转至导电衬底11上，然后在4(T200°C下，加热衬底1飞0分钟后剥离。
[0014]步骤11)所述的去除过渡层3及非掺杂AlGaN层4的方法是湿法腐蚀、研磨、抛光或ICP/RIE干法刻蚀。
[0015]步骤12)所述的在n-AlGaN层5上制作η电极12。
[0016]本发明提供了一种稳定性好，操作简单，成本低廉的机械转移衬底方法。利用h-BN这种既能充当缓冲层，可获得低应力、高质量的AlGaN外延层；又能充当剥离层，利用h-BN的层状结构，层与层之间是通过范德华分子作用力相互吸引而非化学键结合的特点，采用机械剥离方法来制备垂直结构的深紫外LED，该方法具有操作简单、速度快、成本低廉、剥离损伤小，速度快等优点，为深紫外垂直结构LED的发展指明了新的设计和优化思路。本发明的实施例，主要在于h-BN的制备工艺，及利用它的机械性能进行衬底转移。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明的外延片与导电衬底结合剖面示意图。
[0018]图2是本发明的η电极的垂直结构深紫外LED结构示意图。
[0019]图中:1衬底；2 h-BN层；3过渡层；4非掺杂AlGaN层；5 n-AlGaN层；6多量子阱AlGaN/AlGaN层；7宽带隙p-AlGaN层；8 p-AlGaN层；9高空穴浓度p_GaN层；10欧姆接触层；11导电衬底；12 η电极。
【具体实施方式】
[0020]下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
[0021]实施例1
I)如图1所示，选用蓝宝石衬底1，经处理后，采用MOCVD技术，以三乙基硼和氨气作为原料，在氨气与三乙基硼摩尔比为1000，温度为1000°C条件下，生长出单晶h-BN层2，单晶h-BN的厚度控制在IOnm ； 2)采用氧气等离子处理技术对h-BN层2进行表面处理；
3)经上述处理后，预先生长过渡层3，过渡层3为AlGaN晶格渐变层；
4)然后生长非掺杂AlGaN层4，厚度控制在200nm；
5)在非掺杂AlGaN层4上生长随后的多层外延材料，包括n-AlGaN层5、多量子阱AlGaN/AlGaN层6、宽带隙p-AlGaN层7和p-AlGaN层8。其中n-AlGaN层5，进行Si掺杂，厚度控制在2μπι ;其中多量子阱AlGaN/AlGaN层6，垒层/阱层厚度分别设置为6nm/2nm，周期数为8 ;宽带隙P-AlGaN层7，进行Mg掺杂，膜厚为20nm ;p_AlGaN层8，同样以Mg进行掺杂，提供空穴，膜厚控制在150nm ；
6)然后生长高空穴浓度P-GaN层9，其厚度控制在5nm；
7)在p-GaN层上沉积欧姆接触层10；
8 )转移蓝宝石衬底I，完成该工艺后，蓝宝石衬底去除，其余部分反转移至导电衬底上。其中衬底转移过程，是利用h-BN独特的机械性能实现的，先将具有ρ面欧姆接触的外延片整体反转至导电衬底11，并用导热导电胶进行粘合，然后把该外延片放置已加热到40°C的加热板上加热60分钟，并采用铁氟龙胶带对其进行粘离；
9)通过ICP/RIE干法刻蚀，去掉机械剥离后残留部分h-BN2、过渡层3及非掺杂AlGaN薄膜层4 ；
10)在n-AlGaN层5上制作η电极12。
[0022]实施例2
与实施例1所不同的在于:
步骤I)在AlN/硅衬底上生长h-BN层，h-BN层的厚度控制在6nm ；
步骤2)除了对采用氧气等离子处理技术对h-BN层进行表面处理，并在h-BN层表面生长一层ZnO纳米墙；
步骤3)过渡层为依次生长AIN、AlGaN/AlGaN超晶格、AlGaN晶格渐变层的组合层； 步骤8)中外延片与导电衬底结合后，将整体放置已加热到200°C的加热板上加热I分
钟；
步骤9)中通过湿法腐蚀，去掉剥离后部分残留的h-BN层、过渡层及非掺杂的AlGaN层。
[0023]实施例3
与实施例2所不同的在于:
步骤2)除了对采用氧气等离子处理技术对h-BN层进行表面处理，并在h-BN层表面生长一层ZnO纳米棒；
步骤8)中外延片与导电衬底结合后，将整体放置已加热到160°C的加热板上加热30分
钟；
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法，其特征是步骤如下: 1)在生长衬底⑴上生长h-BN层⑵； 2)在h-BN层⑵上生长过渡层(3); 3)在过渡层(3)上生长非掺杂AlGaN层(4)； 4)在非掺杂AlGaN层(4)上生长n-AlGaN层(5)； 5)在n-AlGaN层(5)上生长多量子阱AlGaN/AlGaN层(6)； 6)在多量子阱AlGaN/AlGaN层(6)上生长宽带隙p-AlGaN层(7)； 7)在宽带隙P-AlGaN层(7)上生长p-AlGaN层⑶； 8)在p-AlGaN层(8)上生长高空穴浓度p_GaN层(9)； 9)在高空穴浓度的ρ-GaN层(9)上制作欧姆接触层(10)； 10)由(1 10)组成的ρ面欧姆接触的外延片与导电衬底(11)相结合； 11)转移衬底(I)，并去除h-BN层(2)、过渡层(3)及非掺杂AlGaN层(4); 12)在n-AlGaN层(5)上制作η电极(12)。
2.根据权利要求1所述的AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法，其特征是步骤I)所述的衬底(I)采用蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓或氮化铝中的一种或者是它们的复合衬
3.根据权利要求1所述的AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法，其特征是步骤I)所述的h-BN层⑵是以三乙基硼和氨气为原料，在氨气与三乙基硼摩尔比为1000-3000，温度为100(Tl50(rC条件下制备而成。
4.根据权利要求1所述的AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法，其特征是步骤2)所述的过渡层(3)是对h-BN层(2)表面进行氧气等离子处理或在其表面生长一层ZnO纳米墙或纳米棒，或同时应用上述两种方法制备而成。
5.根据权利要求1或4所述的AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法，其特征是所述ZnO纳米墙或纳米棒层的制备方法是金属有机化合物化学气相沉淀法或化学溶液法。
6.根据权利要求1或4所述的AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法，其特征是步骤2)中的过渡层(3)为AlN、GaN、AlGaN/AlGaN超晶格或AlGaN晶格渐变层，或它们的组合层。
7.根据权利要求1所述的AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法，其特征是步骤10)所述的与导电衬底(11)相结合是通过导电导热胶粘合。
8.根据权利要求1所述的AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法，其特征是步骤11)转移衬底的方法是先将制备好的具有P面欧姆接触的外延片整体反转至导电衬底(11)上，然后在4(T20(TC下，加热衬底f 60分钟后剥离。
9.根据权利要求1所述的AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法，其特征是步骤11)所述的去除过渡层(3)及非掺杂AlGaN层(4)的方法是湿法腐蚀、研磨、抛光或ICP/RIE干法刻蚀。
10.根据权利要求1所述的AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法，其特征是步骤12)所述的在n-AlGaN层(5)上制作η电极12。
【文档编号】H01L33/00GK103730545SQ201310728995
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】张志清, 陈志涛, 刘晓燕, 张康, 刘宁炀, 王君君, 贺龙飞, 赵维, 范广涵 申请人:广州有色金属研究院