本发明专利技术公开了一种基于SiC衬底的AlGaN基uv-LED器件及其制作方法，
它涉及到微电子技术领域。该器件自下而上依次包括低温AlN成核层(2)、高温
AlN成核层(3)、本征AlGaN外延层(4)、n-AlGaN势垒层(5)、有源区(6)、p-AlGaN
势垒层(7)、低Al组分p型AlGaN层(8)、p型GaN冒层(9)，以及在p型GaN冒
层设有的窗口区(10)。该器件通过干法刻蚀p-GaN冒层至电子势垒层p-AlGaN，
形成了圆柱状的出射光窗口，二次湿法刻蚀将柱状出射光窗口变为圆锥状窗口，
增大了窗口的出射孔径，同时使得出射光的传播距离减少。本发明专利技术由于采用刻蚀
的方法使得电子势垒层p-AlGaN的表面粗化，进一步提高了出射光的出射效率，
且工艺简单，成本低，重复性好，可靠性高，可用于水质检测，医疗探测、生物
制药以及白光照明中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子
，涉及半导体器件，特别是一种新型AlGaN基多量子 阱的uv-LED器件的实现方法，可用于水处理、医疗与生物医学以及白光照明领域。
技术介绍
III-V族化合物半导体材料作为第三代半导体材料的杰出'代表，具有很多优良的特 性，尤其是在光学应用方面，由Ga、 Al、 In、 N组成的合金(Ga(Al，In)N》可以覆盖整个 可见光区和近紫外光区。而且纤锌矿结构的III族氮化物都是直接带隙，非常适合于光 电子器件的应用。特别是在紫外光区，AlGaN基多量子阱的uv-LED已显示出巨大的优 势，成为目前紫外光电器件研制的热点之一。然而，随着LED发光波长的变短，GaN 基LED有源层中Al组分越来越高，高质量AlGaN材料的制备具有很大难度，AlGaN 材料造成uv-LED的外量子效率和光功率都很低，成为了uv-LED发展的瓶颈，是当前 急需解决的问题。AlGaN基多量子阱uv-LED器件具有广阔的应用前景。首先，GaN基蓝绿光LED 取得了突破性的进展，目前高亮度蓝绿光LED已经商业化，在景观照明、大屏幕背光 源、光通讯等领域都显示了强大的潜力。其次，白光LED固态照明更是如火如荼，引 发了第三次照明革命。再次，随着可见光领域的曰趋成熟，研究人员把研究重点逐渐向 短波长的紫外光转移，紫外光在丝网印刷、聚合物固化、环境保护、白光照明以及军事 探测等领域都有重大应用价值。目前，在国内和国际上，主要是采用一些新的材料生长方法，或者是采用新的结构 来减少应力对AlGaN材料质量的破坏，来提高AlGaN材料的生长质量，从而提高了 uv-LED的发光性能，这些方法包括2002年，第一个低于300nm的uv-LED在美国南卡罗莱纳州立大学实现，他们在 蓝宝石衬底上制出了波长285nm的LED, 200px200n芯片在400mA脉冲电流下功率为 0.15mW，改进p型和n型接触电阻后，最大功率达到0.25mW。参见文献V. Adivarahan, J. P. Zhang, A. Chitnis, et al, "sub-Milliwatt Power III-N Light Emitting Diodes at 285nm," Jpn J Appl Phy， 2002， 41: L435。随后，他们又取得了一系列突破性进展，依次实现了 280nm、 269nm、 265nm的发光波长，LED最大功率超过lmW。参见文献WHSun,JPZhang, V Adivarahan, et al. "AlGaN-based 280nm light-emitting diodes with continuous wave powers in excess of 1.5mW" Appl Phys Lett, 2004, S5(4):531; V Adivarahan, S Wu， J P Zhang, et al. "High-efficiency 269nm emission deep ultraviolet light-emitting diodes" Appl Phys Lett, 2004，84(23):4762; YBilenko, ALunev， X Hu, et al. "10 Milliwatt Pulse Operation of 265nm AlGaN Light Emitting Diodes" Jpn J Appl Phys, 2005, 44:L98.为了改善电流传 输，降低热效应，他们对100^Tixl0(Him的小面积芯片，按照2x2阵列模式连接，并采 用flip-chip结构，280nm波长的功率可达到24mW，最大外量子效率0.35% 。参见文献 W H Sun, J P Zhang, V Adivarahan, et al. "AlGaN-based 280nm light-emitting diodes with continuous wave powers in excess of 1.5mW" Appl Phys Lett, 2004, 85(4):531 。 2004年， 又做出了 250nm的LED, 200p><200|_i的芯片最大功率接近0.6mW，但外量子效率仅 有0.01 % 。参见文献V Adivarahan, W H Sun, A Chitnis, et al. "250nm AlGaN light-emitting diodes" Appl Phys Lett, 2004，85(12):2175，2004年，美国西北大学、堪萨斯大学也在深紫外特别是280-290nm波段取得了较 大进展。Fischer A J， Allerman A A, et al. Room-temperature direct current operation of 290nm Light-emitting diodes with milliwatt power level . Appl Phys Lett, 2004，84(17):3394.采用插丝状接触来改善芯片内部的电流扩展，倒装焊结构提高LED的 散热能力，制出了 lmmxlmm大功率紫外LED，发光波长2卯nm， 300mA直流下的发 光功率达l .34mW，外量子效率0.11 % 。 Kim K H, Fan Z Y, Khizar M, et al. AlGaN-based ultraviolet light-emitting diodes grown on A1N epilayers . Appl Phys Lett, 2004, 85(20):4777.将传统的方形芯片改为圆盘状，降低了开启电压，使功率大幅度提高， 210nm直径的芯片，功率超过了lmW。同年，美国南卡罗莱纳州立大学又研制出250和255nm的深紫外uv-LED，底部 缓冲层采用AlGaN/AlN超晶格结构，生长出高质量的AlGaN势垒层，制出了 200x20(Hmi 的深紫外LED，在300mA和1000mA的脉冲电流下，其发光功率分别达到0.16mW和 0.57mW，但是由于采用底部出光的方式，其发光效率还是比较低。参见文献V Adivarahan, W H Sun, A Chitnis, M Shatalov, S Wu, H P Maruska, M Asif Khan, "250nm AlGaN light-emitting diodes" Appl Phys Lett, 2004, 85(12): 2175.2007年，日本埼玉大学在231-261nm波段的深紫外LED的研究取得了进一步的进 展，由于采用脉冲生长A1N缓冲层，进一步减少了 A1N层的位错缺陷密度，从而生长 出高Al组分的AlGaN层，使得261nm的深紫外LED的光功率以及外量子效率分布达到1.65tnW禾Q 0.23%。参见文献Hirayama Hideki， Yatabe Tohru, Noguchi Norimichi, Ohashi Tomoaki, Kamata Norihiko. "231-261nm AlGaN 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于ＳｉＣ衬底的ＡｌＧａＮ基多量子阱ｕｖ－ＬＥＤ器件，包括低温ＡｌＮ成核层（２）、高温ＡｌＮ成核层（３）、本征ＡｌＧａＮ外延层（４）、Ｓｉ掺杂的ｎ型ＡｌＧａＮ势垒层（５）、有源区（６）、ｐ型ＡｌＧａＮ势垒层（７）、低Ａｌ组分ｐ型ＡｌＧａＮ层（８）和ｐ型ＧａＮ冒层（９），其特征在于ｐ型ＧａＮ冒层处设有窗口区（１０），使产生的光由顶部冒层发出。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郝跃，杨凌，马晓华，周小伟，李培咸，
申请(专利权)人：郝跃，杨凌，马晓华，周小伟，李培咸，
类型：发明
国别省市：87
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