本发明专利技术公开了一种蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件及其制作方法，
它涉及微电子技术领域，主要解决了紫外LED出光效率低的问题。该器件自下
而上依次包括低温AlN成核层、高温AlN成核层、本征AlGaN外延层、n-AlGaN
势垒层、有源区、p-AlGaN势垒层、低Al组分p型AlGaN层、p型GaN冒层，
以及在p型GaN冒层设有的窗口区(A)。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，改变了出射光的路径，大大减
少了光在传播过程中的损耗。本发明专利技术由于采用干法刻蚀窗口区，使得位于窗口区
底部的电子势垒层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，本发明专利技术可用于水处理，医疗、生物医
学场合以及白光照明中。
【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
m-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，随着可见光领域的日趋成熟，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， 20C^x200p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; 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; Y Bilenko, A Lunev, 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^xl00pm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, 200px20(Hi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 [J]. 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290nm, 300mA直流下 的发光功率达1.34mW，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 [J]. 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，210pm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/AIN超晶格结构，生长出高质量的AlGaN势垒层，制出了 200x200pm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5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1.65mW禾卩0.23%。参见文献Hirayama Hideki， Yatabe Tohru, Noguchi Norimichi, Ohashi Tomoaki, Kamata Norihiko. 231-261nm AlGaN deep-ultraviolet light-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种蓝宝石衬底上的多量子阱紫外ＬＥＤ器件，包括ＡｌＮ成核层、本征ＡｌＧａＮ外延层、ｎ型ＡｌＧａＮ势垒层、有源区、ｐ型ＡｌＧａＮ势垒层、低Ａｌ组分ｐ型ＡｌＧａＮ层和ｐ型ＧａＮ冒层，其特征在于ｐ型ＧａＮ冒层的中心刻蚀有柱体状窗口区（Ａ），用于改变出射光的路径。
【技术特征摘要】
1.一种蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件，包括AlN成核层、本征AlGaN外延层、n型AlGaN势垒层、有源区、p型AlGaN势垒层、低Al组分p型AlGaN层和p型GaN冒层，其特征在于p型GaN冒层的中心刻蚀有柱体状窗口区(A)，用于改变出射光的路径。2. 根据权利要求1所述的多量子阱紫外LED器件，其特征在于A1N成核层分 为两层，第一层是50(TC-60(TC的低温成核层，第二层是90(TC-IOO(TC的高温成核 层。3. 根据权利要求1所述的多量子阱紫外LED器件，其特征在于窗口区(A) 的底部位于p型AlGaN势垒层厚度的四分之三处。4. 根据权利要求1所述的多量子阱紫外LED器件，其特征在于窗口区(A) 的深度与宽度的比例为l: 1000。5. —种蓝宝石衬底上多量子阱紫外LED器件的制作方法，包括I. 材料生长步骤在蓝宝石基片上，利用MOCVD工艺，依次生长低温A1N 成核层、高温A1N成核层、AlGaN外延层、n-AlGaN势垒层、有源区、40%-60% 的高Al组分p型AlGaN势垒层、10%-25%的低Al组分p型AlGaN层和p型GaN 层；II. 器件制作步骤1) 采用ICP或者R正工艺从顶部p型GaN冒层刻蚀至n型AlGaN层，形成n 型AlGaN台面；2) 先光刻出位于p型GaN冒层的圆形窗口，再采用氯基ICP工艺二次刻蚀窗 口区至p型AlGaN势垒层，形成圆柱体的出光窗口，其刻蚀工艺参数分别为 240W...
【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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