紫外发光二极管器件的制备方法与流程

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(LED)器件的制备方法。

背景技术：

紫外发光二极管(UV-LED)器件，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UV-LED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。然而，由于高品质AlGaN材料外延生长难度较高，以及紫外光提取困难等原因，与GaN基蓝光发光二极管相比，目前UV-LED的发光效率较低，成为阻碍其广泛应用的瓶颈。

参考文献报道了将AlN缓冲层粗化和插入空气隙的方法(Journal of Crystal Growth 310，2326-2329，(2008))，减小后续生长薄膜中的应力，增加氮化物生长过程中Al原子的迁移，从而提高了AlGaN材料质量。此外，AlN缓冲层的粗化还有效增加了紫外光的出光通道。因此该技术可有效提高了紫外LED的发光效率。参考文献报道的技术路线如图1所示，包括以下工艺流程：步骤A：在衬底上生长AlN低温成核层；步骤B：在低温AlN成核层上生长AlN高温缓冲层；步骤C：通过光刻和刻蚀工艺将高温AlN缓冲层图形化；步骤D：在图形化的AlN高温缓冲层上继续生长AlN高温缓冲层，形成空气隙；步骤E：在AlN高温缓冲层上依次生长N型电极接触层Al_xGa_1-xN、Al_xGa_1-xN量子阱、Al_xGa_1-xN电子阻挡层、P型Al_xGa_l-xN和P型电极接触层GaN；步骤F：依次刻蚀P型电极接触层GaN、P型Al_xGa_1-xN、Al_xGa_1-xN电子阻挡层和Al_xGa_1-xN量子阱，形成LED芯片PN结的台阶；步骤G：分别在N型Al_xGa_l-XN和P型GaN上制备金属电极接触。

该技术路线在制备空气隙的过程中需要借助光刻和刻蚀工艺，会引入一定污染，污染MOCVD设备，也对后续生长的氮化物材料的晶体质量造成不利影响。此外，这些额外工艺也会增加器件的加工成本。

技术实现要素：

鉴于上述技术问题，本发明的目的在于，提供了一种紫外发光二极管(LED)器件的制备方法。采用含In或含Ga的AlN低温成核层(例如AlInN、AlGaN或AlInGaN等)代替传统技术中的AlN低温成核层。由于In和Ga，特别是In在高温时易从低温成核层中发生析出和蒸发，因此在含有In或Ga的低温成核层上高温生长AlN缓冲层过程中，低温成核层会变粗糙，在AlN缓冲层中引入空气隙，可以提高外延材料质量和缓解应力，从而达到提高UV-LED发光效率的目的。本发明提出一种无需借助光刻和刻蚀工艺，将低温成核层粗化，在AlN缓冲层中引入空气隙，从而提高UV-LED发光效率的方法，消除了光刻和刻蚀工艺可能会对设备造成的污染，并降低器件的加工成本。

本发明提供一种紫外发光二极管器件的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：在衬底上生长含In或含Ga的AlN低温成核层；

步骤2：在低温成核层上生长AlN高温缓冲层，高温过程中In和Ga析出、蒸发，使低温成核层自组装形成空气隙；

步骤3：在AlN高温缓冲层上依次生长N型Al_xGa_l-xN电极接触层、Al_xGa_l-xN量子阱层、Al_xGa_1-xN电子阻挡层、P型Al_xGa_1-xN层和P型In_xGa_1-xN电极接触层；

步骤4：在P型In_xGa_1-xN电极接触层的上面向下依次刻蚀P型In_xGa_1-xN电极接触层、P型Al_xGa_1-xN层、Al_xGa_1-xN电子阻挡层和Al_xGa_1-xN量子阱层，暴露出N型Al_xGa_1-xN电极接触层，在N型Al_xGa_1-xN电极接触层上的一侧形成LED芯片PN结的台面；

步骤5：在N型Al_xGa_1-xN电极接触层一侧的台面上制备n型接触电极；

步骤6：在P型In_xGa_l-xN电极接触层上制备p型接触电极，完成制备。

从上述技术方案可以看出，本发明紫外发光二极管(LED)器件的制备方法，通过AlInN、AlGaN或AlInGaN低温成核层代替传统技术中的AlN低温成核层，利用在高温生长AlN缓冲层过程中，低温成核层中In或Ga的析出和蒸发现象，造成低温成核层的粗化，在AlN中引入空气隙，从而达到提高UV-LED发光效率的目的。消除了传统粗化和空气隙技术中引入的污染，并降低了器件的加工成本。

附图说明

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如后，其中：

图1为现有技术中空气隙UV-LED制备方法的流程图；

图2为本发明实施例UV-LED制备方法的流程图；

图3A-图3E为本发明制备方法的各步骤的结构剖面示意图。

具体实施方式

请参阅图2，并结合参阅图3A-图3E所示，本发明提供一种紫外发光二极管器件的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：在衬底301上生长含In或含Ga的AlN低温成核层302。如图3A所示，所述衬底301的材料为蓝宝石、SiC、AlN或Si；所述含In或含Ga的AlN低温成核层302的材料为AlInN、AlGaN或AlInGaN，所述的含In或含Ga的AlN低温成核层302的生长温度范围为500-850℃；

步骤2：在低温成核层302上生长AlN高温缓冲层304，高温过，程中In和Ga析出、蒸发，使低温成核层302自组装形成空气隙303。如图3B所示，所述的在含In或含Ga的AlN低温成核层302上生长AlN高温缓冲层304的温度范围为1100-1600℃；

步骤3：在AlN高温缓冲层304上依次生长N型Al_xGa_l-xN电极接触层305、Al_xGa_l-xN量子阱层306、Al_xGa_l-xN电子阻挡层307、P型Al_xGa_l-xN层308和P型In_xGa_1-xN电极接触层309。如图3E所示；

步骤4：在P型In_xGa_1-xN电极接触层309的上面向下依次刻蚀P型In_xGa_1-xN电极接触层309、P型Al_xGa_1-xN层308、Al_xGa_1-xN电子阻挡层307和Al_xGa_1-xN量子阱层306，暴露出N型Al_xGa_1-xN电极接触层305，在N型Al_xGa_1-xN电极接触层305上的一侧形成LED芯片PN结的台面310。如图3D所示；

步骤5：在N型Al_xGa_1-xN电极接触层305一侧的台面310上制备n型接触电极311；

步骤6：在P型In_xGa_1-xN电极接触层309上制备p型接触电极312，如图3E所示，完成制备。

其中所述的含In或含Ga的AlN低温成核层302、AlN高温缓冲层304、N型Al_xGa_l-xN电极接触层305、Al_xGa_l-xN量子阱层306、Al_xGa_1-xN电子阻挡层307、P型Al_xGa_1-xN层308和P型In_xGa_l-xN电极接触层309是采用以下生长技术中的一种，或者几种的综合，包括：MOCVD技术、MBE技术或者磁控溅射技术。

其中所述的N型Al_xGa_1-xN电极接触层305、Al_xGa_1-xN量子阱层306、Al_xGa_1-xN电子阻挡层307、P型Al_xGa_1-xN层308和P型In_xGa_l-xN电极接触层309中x的范围为0≤x≤1，使得所述的紫外发光二极管器件的发光波长为210nm-400nm。

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一种高效率UV-LED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。

综上所述，本发明提出了一种高效率UV-LED的制备方法，利用在高温生长AlN缓冲层过程中，低温成核层中In或Ga的析出和蒸发现象，造成低温成核层的粗化，在AlN中引入空气隙，从而达到提高UV-LED发光效率的目的。消除了传统粗化和空气隙技术中引入的污染，并降低了器件的加工成本。

总之，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。