一种氮化物发光二极管芯片的制备方法技术

本发明专利技术一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，涉及至少有一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件，是增强半导体掺杂效率和载流子浓度的深紫外发光二极管的制备方法，在发光二极管结构中引入绝缘层/半导体结构，通过外部电场实现半导体增强型效应，利用外加电压，实现能带弯曲，引起局部载流子浓度的增加，从而间接地提高掺杂效率，最终提高发光二极管的发光效率，本发明专利技术克服了现有技术为增加发光二极管掺杂效率和载流子浓度是采用在外延生长时进行控制，其要求控制精度高、工艺复杂和重复性差的缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的技术方案涉及至少有一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件，具体地说是一种氮化物发光二极管芯片的制备方法。
技术介绍
当前绿色节能已经成为全球趋势，而III-V族氮化物的半导体发光二极管技术由于具有绿色环保、高效节能和灵巧方便等特性，在显示、照明和背光领域得到广泛的应用。近年来，深紫外III-V族氮化物半导体发光二极管也引起了巨大的关注，在未来期间，深紫外发光二极管将产生巨大的经济效益，然而目前深紫外发光二极管中P-型半导体和N-型半导体的掺杂效率和载流子浓度较低，严重制约了发光二极管器件的内量子效率。在增加发光二极管掺杂效率和载流子浓度方面的研究方面，现有技术中研究人员提出了利用AlGaN/GaN超晶格结构，一方面该超晶格结构内部会产生强烈的极化电场，从而提高受主杂质(Mg)的激活率，另外一方面AlGaN/GaN超晶格结构可以有效地屏蔽半导体材料内部的缺陷，从而减小自补偿效应，提高载流子的浓度；极化电场的另外一个应用价值是可以利用其产生三维空穴气，从而有效地增加掺杂效率和载流子浓度；此外，经过研究证实，Mg的δ掺杂也可以有效地改善p-型AlGaN材料的掺杂浓度，即周期性的关闭Al源和Ga源停止AlGaN薄膜的生长，持续通入NH3和Mg源，使Mg可以有充分的时间取代Al或者Ga原子，从而减小AlGaN材料的位错密度，抑制自补偿效应，进而提高空穴的浓度；另外一种提高半导体掺杂效率的方式是通过Mg-In共掺技术实现的。但是以上这些技术，都是在外延生长时进行控制，其要求控制精度高，工艺复杂，因此重复性比较差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，是增强半导体掺杂效率和载流子浓度的深紫外发光二极管的制备方法，在发光二极管结构中引入绝缘层/半导体结构，通过外部电场实现半导体增强型效应，利用外加电压，实现能带弯曲，引起局部载流子浓度的增加，从而间接地提高掺杂效率，最终提高发光二极管的发光效率，克服了现有技术为增加发光二极管掺杂效率和载流子浓度是采用在外延生长时进行控制，其要求控制精度高、工艺复杂和重复性差的缺陷。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，步骤如下：第一步，在MOCVD反应炉，即金属有机化合物化学气相沉淀反应炉中，将衬底在1200℃进行烘烤，处理掉衬底表面异物；第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底表面外延生长一层厚度为10～50nm的缓冲层；第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的缓冲层上依次外延生长厚度为2～8μm的N型半导体材料、多量子阱层和厚度为100～500nm的P-型半导体材料；第四步，在第三步的得到的P-型半导体材料上沉积厚度为10～500nm的电流扩展层，并利用光刻和湿法刻蚀工艺制作电流扩展图形，即电流扩展层的长度短于P-型半导体材料，形成台阶图形Ⅰ；第五步，在第四步得到的制品上面，通过光刻和干法刻蚀工艺使P-型半导体材料、多量子阱层和一部分N型半导体材料的长度短于衬底和缓冲层的长度，并曝露出一部分N型半导体材料，该曝露出的N型半导体材料部分与衬底和缓冲层等长，从而形成台阶图形Ⅱ；第六步，在第五步得到的制品上面沉积一层绝缘层，所用材质为SiO2、Si3N4、金刚石、LiF或PMMA，厚度为5～300nm，是连续膜结构或非连续膜结构，再通过光刻和刻蚀技术使绝缘层一部分保留,绝缘层一部分保留的状况为以下三种状况中的任意一种：a.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上，另一部分保留在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上，其中保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为0.01～100微米，保留在P型半导体材料上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为0.01～100微米，b.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层只在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上保留一部分绝缘层，保留在P型半导体材料上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为0.01～100微米，c.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层只在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上保留一部分绝缘层，保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为0.01～100微米；第七步，在第六步得到的制品上面蒸镀P型电极，并通过光刻制作P型电极图案，该P型电极的P型电极图案保留的状况为以下二种状况中的任意一种：a.使其一部分保留在电流扩展层上面，另一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层部分上面，且长度与N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层一致，b.只使其保留在电流扩展层上面；第八步，在第七步得到的制品上面蒸镀N型电极，并通过光刻制作N型电极图案，该N型电极的N型电极图案保留的状况为以下三种状况中的任意一种：a.使其一部分保留在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上的绝缘层的上面，且长度与在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层的长度一致，另一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面，其与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上的绝缘层的距离为0.01～100微米，且长度与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层的长度一致，b.使其一部分保留在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上的绝缘层的上面，且长度与在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层的长度一致，另一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面，c.只使其保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面，与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上的绝缘层的距离为0.01～100微米，且其长度与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层的长度一致；至此制得一种氮化物发光二极管芯片。上述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，所述衬底为蓝宝石、Si、SiC、AlN、石英玻璃或GaN。上述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，所述缓冲层、N型半导体材料和P-型半导体材料的材质均为氮化物四元半导体材料AlxInyGa1-x-yN,其中0≤x＜1，0≤y＜1，0≤1-x-y。上述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，所述多量子阱层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N/Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，0≤1-x1-y1，0≤x2≤1,0≤y2≤1,0≤1-x2-y2，式中，量子垒Alx2Iny2Ga1-x2-y2N的厚度为5～50nm，量子阱Alx1Iny1Ga1-x1-y1N的厚度为1～10nm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，其特征在于步骤如下：第一步，在MOCVD反应炉，即金属有机化合物化学气相沉淀反应炉中，将衬底在1200℃进行烘烤，处理掉衬底表面异物；第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底表面外延生长一层厚度为10～50nm的缓冲层；第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的缓冲层上依次外延生长厚度为2～8μm的N型半导体材料、多量子阱层和厚度为100～500nm的P‑型半导体材料；第四步，在第三步的得到的P‑型半导体材料上沉积厚度为10～500nm的电流扩展层，并利用光刻和湿法刻蚀工艺制作电流扩展图形，即电流扩展层的长度短于P‑型半导体材料，形成台阶图形Ⅰ；第五步，在第四步得到的制品上面，通过光刻和干法刻蚀工艺使P‑型半导体材料、多量子阱层和一部分N型半导体材料的长度短于衬底和缓冲层的长度，并曝露出一部分N型半导体材料，该曝露出的N型半导体材料部分与衬底和缓冲层等长，从而形成台阶图形Ⅱ；第六步，在第五步得到的制品上面沉积一层绝缘层，所用材质为SiO2、Si3N4、金刚石、LiF或PMMA，厚度为5～300nm，是连续膜结构或非连续膜结构，再通过光刻和刻蚀技术使绝缘层一部分保留,绝缘层一部分保留的状况为以下三种状况中的任意一种：a.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上，另一部分保留在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上，其中保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为0.01～100微米，保留在P型半导体材料上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为0.01～100微米，b.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层只在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上保留一部分绝缘层，保留在P型半导体材料上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为0.01～100微米，c.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层只在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上保留一部分绝缘层，保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为0.01～100微米；第七步，在第六步得到的制品上面蒸镀P型电极，并通过光刻制作P型电极图案，该P型电极的P型电极图案保留的状况为以下二种状况中的任意一种：a.使其一部分保留在电流扩展层上面，另一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层部分上面，且长度与N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层一致，b.只使其保留在电流扩展层上面；第八步，在第七步得到的制品上面蒸镀N型电极，并通过光刻制作N型电极图案，该N型电极的N型电极图案保留的状况为以下三种状况中的任意一种：a.使其一部分保留在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上的绝缘层的上面，且长度与在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层的长度一致，另一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面，其与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上的绝缘层的距离为0.01～100微米，且长度与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层的长度一致，b.使其一部分保留在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上的绝缘层的上面，且长度与在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层的长度一致，另一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面，c.只使其保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面，与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上的绝缘层的距离为0.01～100微米，且其长度与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层的长度一致；至此制得一种氮化物发光二极管芯片。...

【技术特征摘要】
1.一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，其特征在于步骤如下：
第一步，在MOCVD反应炉，即金属有机化合物化学气相沉淀反应炉中，将衬底在1200℃
进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底表面外延生长一层厚度为10～
50nm的缓冲层；
第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的缓冲层上依次外延生长厚度为2～8μm
的N型半导体材料、多量子阱层和厚度为100～500nm的P-型半导体材料；
第四步，在第三步的得到的P-型半导体材料上沉积厚度为10～500nm的电流扩展层，
并利用光刻和湿法刻蚀工艺制作电流扩展图形，即电流扩展层的长度短于P-型半导体材
料，形成台阶图形Ⅰ；
第五步，在第四步得到的制品上面，通过光刻和干法刻蚀工艺使P-型半导体材料、
多量子阱层和一部分N型半导体材料的长度短于衬底和缓冲层的长度，并曝露出一部分N
型半导体材料，该曝露出的N型半导体材料部分与衬底和缓冲层等长，从而形成台阶图形
Ⅱ；
第六步，在第五步得到的制品上面沉积一层绝缘层，所用材质为SiO2、Si3N4、金刚石、
LiF或PMMA，厚度为5～300nm，是连续膜结构或非连续膜结构，再通过光刻和刻蚀技术
使绝缘层一部分保留,绝缘层一部分保留的状况为以下三种状况中的任意一种：
a.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上，另一
部分保留在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上，其中保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上
面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为0.01～100微米，保留在P型半导体材
料上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为0.01～100微米，
b.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层只在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上保留一部分绝
缘层，保留在P型半导体材料上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁
的距离为0.01～100微米，
c.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层只在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上保留一部分绝
缘层，保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的
距离为0.01～100微米；
第七步，在第六步得到的制品上面蒸镀P型电极，并通过光刻制作P型电极图案，该
P型电极的P型电极图案保留的状况为以下二种状况中的任意一种：
a.使其一部分保留在电流扩展层上面，另一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ
上面的绝缘层部分上面，且长度与N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张紫辉，张勇辉，毕文刚，徐庶，耿翀，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12