一种具有纳米网状结构的深紫外LED外延片、器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有纳米网状结构的深紫外LED外延片、器件及其制备方法，该LED器件包括蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底上依次形成的AlN层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、P型GaN层，所述N型AlGaN层的刻蚀外露部分上形成有第一钝化层，所述第一钝化层上形成有N电极，所述P型GaN层上形成有第二钝化层，所述第二钝化层上形成有P电极，所述AlN层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、P型GaN层上设有多个从上往下贯穿的纳米通孔，且多个所述纳米通孔均填充有旋涂玻璃SOG；本发明专利技术通过缩短侧向出射光的传播距离的方式，以提取更多侧面出射光，提高深紫外LED的光提取效率。

A Deep Ultraviolet LED Epitaxy Sheet, Device with Nano-reticular Structure and Its Preparation Method

The invention provides a deep ultraviolet LED epitaxy sheet, device and its preparation method with nano-reticular structure. The LED device includes sapphire substrate. AlN layer, N-type AlGaN layer, current spreading layer, quantum well active layer and P-type GaN layer are formed successively on the sapphire substrate. A first passivation layer is formed on the etching exposed part of the N-type AlGaN layer, and the first passivation layer is formed on the first passivation layer. A second passivation layer is formed on the P-type GaN layer, and a P electrode is formed on the second passivation layer. The AlN layer, the N-type AlGaN layer, the current spreading layer, the quantum well active layer and the P-type GaN layer are provided with a plurality of nano-through holes penetrating from top to bottom, and the plurality of nano-through holes are filled with rotated glass SOG. In order to extract more side emitted light and improve the light extraction efficiency of deep ultraviolet LED.

【技术实现步骤摘要】
一种具有纳米网状结构的深紫外LED外延片、器件及其制备方法
本专利技术涉及光电
，尤其涉及一种具有纳米网状结构的深紫外LED外延片、器件及其制备方法。
技术介绍
随着LED技术不断发展，其发光波长已经由可见光波段拓展到深紫外波段，其技术逐渐成熟和成本下降将使得紫外LED应用更加广泛，甚至可能超越目前的蓝光LED。从深紫外LED的发光特点，制作工艺等方面，重点介绍深紫外LED的目前的研究进展与产业化应用。1997年，日亚化学成功研发世界首个发光波长为371nm的GaN基紫外发光LED。2003年，美国SETi公司开发出波长为280nm的A1GaN基深紫外LED。2014年10月24日，诺贝尔物理学奖获得者之一天野浩在记者见面会上介绍了自己正在进行的研究，其中包括波长为250～350nm左右的深紫外LED。紫外LED作为LED的1个分支，虽不能照明但具备LED的所有优势，理论上可以替代所有传统紫外光源，极大地拓展了LED的应用领域。Ⅲ族氮化物作为宽禁带半导体材料中的杰出代表，已经实现了高效的蓝绿光发光二极管(light-emittingdiodes，LED)、激光器等固态光源器件，其在平板显示、白光照明等应用方面取得了巨大成功。近十年来，人们期望将这种高效的发光材料应用于紫外波段，以满足日益增长的紫外光源需求。紫外波段根据其生物效应通常可分为：长波紫外(UVA，320nm-400nm)、中波紫外(UVB，280nm-320nm)、短波紫外(UVC，200nm-280nm)以及真空紫外(VUV，10nm-200nm)。紫外线虽然不能被人类眼睛所感知，但其应用却非常广泛。长波紫外光源在医学治疗、紫外固化、紫外光刻、信息存储、植物照明等领域有着巨大的应用前景；而中波紫外及短波紫外(统称深紫外)则在杀菌消毒、水净化、生化探测、非视距通信等方面有着不可替代的作用。目前，传统紫外光源主要是汞灯，具有体积大、功耗高、电压高、污染环境等缺点，不利于其在日常生活及特殊环境下的应用。因此，人们迫切希望研制出一种高效的半导体紫外光源器件以替代传统的汞灯。现有研究表明Ⅲ族氮化物中的AlGaN是制备半导体紫外光源器件的最佳候选材料。AlGaN基紫外LED具有无毒环保、小巧便携、低功耗、低电压、易集成、寿命长、波长可调等诸多优势，有望在未来几年取得突破性进展以及广泛应用，并逐步取代传统紫外汞灯。AlxGa1-xN材料的禁带宽度可通过改变Al组分实现从3.4eV(GaN)到6.2eV(AlN)范围内的连续可调，能够实现从365nm到200nm光谱范围内的发光。GaN的带边发光波长(～360nm)通常作为氮化物紫外发光二极管(Ultravioletlight-emittingdiodes,UVLED)发光波段的一个划分标志。发光波长大于360nm的UVLED的有源区采用和蓝光LED类似的GaN/InGaN量子阱(QWs)结构。其相关研究早在上世纪90年代就已开始，目前已成功商业化，外量子效率(EQE)也已超过40％，达到了与蓝光LED相比拟的水平。相比之下，发光波长小于360nm的UVLED则主要采用AlGaN量子阱结构作为有源区，其量子效率远没有这么令人满意。尤其对于发光波长小于320nm的深紫外发光二极管(DeepUltravioletlight-emittingdiodes，DUVLED)，其Al组分通常需要超过40％。异质外延生长于蓝宝石衬底上的高Al组分AlGaN材料受到大量失配位错的影响，其晶体质量较差；另外，高Al组分AlGaN材料具有特殊的光学偏振性，AlGaN基DUVLED出射光中绝大部分为侧面出射的横磁(TM)模式光，从而导致器件表面光萃取效率很低，因此，AlGaN基DUVLED的外量子效率通常很难超过10％。为了满足实用化需求，发展具有高光萃取效率及外量子效率的AlGaN基DUVLED器件迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种具有纳米网状结构的深紫外LED外延片、器件及其制备方法，通过缩短侧向出射光的传播距离的方式，以提取更多侧面出射光，提高深紫外LED的光提取效率。本专利技术是这样实现的：本专利技术的目的之一在于提供了一种具有纳米网状结构的深紫外LED外延片，包括蓝宝石衬底、以及在所述蓝宝石衬底上依次形成的AlN层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、P型GaN层，所述AlN层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、P型GaN层上设有多个从上往下贯穿的纳米通孔，且多个所述纳米通孔均填充有旋涂玻璃SOG。优选地，所述纳米通孔的形状为圆形，且所述纳米通孔半径为1nm～10μm，相邻两个所述纳米通孔的间距为1nm～10μm。本专利技术的目的之二在于提供了具有纳米网状结构的深紫外LED器件，包括所述的深紫外LED外延片。具体地，还包括第一钝化层、第二钝化层、P电极和N电极，所述N型AlGaN层的刻蚀外露部分上形成有所述第一钝化层，所述第一钝化层上形成有N电极，所述P型GaN层上形成有所述第二钝化层，所述第二钝化层上形成有所述P电极。本专利技术的目的之三在于提供了一种具有纳米网状结构的深紫外LED器件的制备方法，其具体包括如下步骤：步骤1、在蓝宝石衬底上制备具有多个纳米通孔的AlN层；步骤2、在AlN层上外延生长兼有Ⅲ族极性材料及氮极性面材料的N型AlGaN层，所述氮极性面材料包括多个氮极性圆柱，且所述氮极性圆柱与所述纳米通孔一一对应设置；步骤3、外延生长深紫外LED全结构材料，即在所述N型AlGaN层上依次外延生长电流扩展层、量子阱有源层、以及P型GaN层。步骤4、通过溶液原位腐蚀所述多个氮极性圆柱及其向上的延长线至电流扩展层、量子阱有源层以及P型GaN层，使得AlN层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、P型GaN层均具有多个从上往下贯穿的纳米通孔；步骤5、在所述多个从上往下贯穿的纳米通孔处，使用旋涂玻璃SOG填充；步骤6、深紫外LED的器件制备：在P型GaN层上沉积一层第二钝化层，在第二钝化层上负胶光刻形成P电极图形，在N型AlGaN层上沉积一层第一钝化层后光刻形成N电极图形，使用金属蒸镀方式形成P电极和N电极，高温加热电极合金使N型AlGaN层和N电极之间形成欧姆接触，P型GaN层通过钝化层与P电极形成欧姆接触。优选地，所述步骤1中，先在蓝宝石衬底上外延生长AlN层，再刻蚀出具有纳米通孔结构的AlN层。优选地，所述步骤4中，所述腐蚀溶液为强酸或强碱溶液。优选地，所述步骤6中，所述高温加热电极合金时使用快速退火炉，温度为500℃，持温时间为1min。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术提供的一种具有纳米网状结构的深紫外LED器件，通过缩短侧向出射光的传播距离的方式，以提取更多侧面出射光，从而使得更多的光能从背面出射，提高深紫外LED的光提取效率，对AlGaN基DUVLED的结构设计及实验制备提供新思路和新方法，具有重要的理论意义及实用价值。在驱动电流为350A/cm2时，与现有技术中常规的深紫外LED器件相比，本专利技术的最优实施例提供的具有纳米网状结构的深紫外LED器件在出光功率上提升了38.98％。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种具有纳米网状结构的深紫外LED器件的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有纳米网状结构的深紫外LED外延片，其特征在于，包括蓝宝石衬底、以及在所述蓝宝石衬底上依次形成的AlN层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、P型GaN层，所述AlN层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、P型GaN层上设有多个从上往下贯穿的纳米通孔，且多个所述纳米通孔均填充有旋涂玻璃SOG。

【技术特征摘要】
1.一种具有纳米网状结构的深紫外LED外延片，其特征在于，包括蓝宝石衬底、以及在所述蓝宝石衬底上依次形成的AlN层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、P型GaN层，所述AlN层、N型AlGaN层、电流扩展层、量子阱有源层、P型GaN层上设有多个从上往下贯穿的纳米通孔，且多个所述纳米通孔均填充有旋涂玻璃SOG。2.如权利要求1所述的具有纳米网状结构的深紫外LED外延片，其特征在于，所述纳米通孔的形状为圆形，且所述纳米通孔半径为1nm～10μm，相邻两个所述纳米通孔的间距为1nm～10μm。3.一种具有纳米网状结构的深紫外LED器件，其特征在于，包括权利要求1-2任一所述的深紫外LED外延片。4.如权利要求3所述的具有纳米网状结构的深紫外LED器件，其特征在于，还包括第一钝化层、第二钝化层、P电极和N电极，所述N型AlGaN层的刻蚀外露部分上形成有所述第一钝化层，所述第一钝化层上形成有N电极，所述P型GaN层上形成有所述第二钝化层，所述第二钝化层上形成有所述P电极。5.一种权利要求4所述的具有纳米网状结构的深紫外LED器件的制备方法，其特征在于，其具体包括如下步骤：步骤1、在蓝宝石衬底上制备具有多个纳米通孔的AlN层；步骤2、在AlN层上外延生长兼有Ⅲ族极性材料及氮极性面材料的N型AlGaN层，所述氮极性面材料包括多个氮极性圆柱，且所述氮极性圆柱与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张骏，杜士达，陈长清，戴江南，
申请(专利权)人：湖北深紫科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42