一种高调制带宽高散热MINI型深紫外LED及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高调制带宽高散热MINI型深紫外LED及其制备方法，包括，依次生长于衬底上的缓冲层、分布式布拉格反射镜结构、外延结构、p型电极和填充金属层，其衬底经减薄后刻蚀形成有多个柱状通孔，该填充金属层具有平台和分布于平台上的多个金属柱，金属柱位于柱状通孔内，其采用分布式布拉格反射镜结构增大出光效率，且应用晶格匹配的多量子阱层，有效降低了量子限制斯达克效应，增大了内量子效率，极大地提高了产品的可靠性和稳定性；本发明专利技术的制备方法获得的器件，晶体质量更高、出光更均匀、散热性能更好，且由于器件尺寸小，获得更小的时间常数和更小的载流子寿命，提高了调制带宽，增强了在日盲紫外通信方面的应用。增强了在日盲紫外通信方面的应用。增强了在日盲紫外通信方面的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高调制带宽高散热MINI型深紫外LED及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体及其制造的
，具体涉及一种高调制带宽高散热的MINI型深紫外LED制备方法。

技术介绍

[0002]紫外波段的不可见光分为UVA、UVB、UVC波段，其波长分别为320～420nm、280～320nm、200～280nm，其中，在200～280nm的UVC波段的光由于大气层臭氧的吸收作用，几乎到达不了地面，被称为日盲紫外光，利用日盲紫外光通信的光通信方式被称为日盲紫外通信，可用于忽略背景噪声、非视距通信、军事战术通信等领域，具有更好的指向性、捕获和追踪精度。但是，现目前的日盲通信还存在高功耗、大体积、低调制带宽等一系列问题，得不到广泛应用。
[0003]MINI型LED，是指尺寸小于200μm的LED器件，由于电流拓展性优于大尺寸LED，随着LED尺寸的减小，LED光束的横向传播减小，可以获得更高的发光效率；且水平方向的电阻减小，合理改善了电流分布，极大地改善了电流拓展效应。由于其小的电阻
‑
电容常数(RC常数)、高电流密度以及短载流子寿命，可以用来制备高调制带宽的紫外通信设备。但是由于非辐射复合的影响，现目前水平MINI LED的光输出功率LOP很小，低于1mW，插墙效率WPE低于1％，无法满足长传输距离的要求，因此需要考虑增大MINI型LED的出光效率，更好地光提取以及电流拓展。且MINI LED在高电流密度下产生的热量会使结温增大，以及量子阱中的极化效应产生的量子限制斯达克效应(QCSE)，两种情况会导致器件出现红移现象，影响日盲紫外通信的实际应用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的首要目的是提供一种出光效率高、晶格失配好、散热性能好、导电能力强、内外量子效率高等整体性能良好的MINI型深紫外LED及其制备方法，基于该目的，本专利技术至少提供如下技术方案：
[0005]一种高调制带宽高散热MINI型深紫外LED的制备方法，包括以下步骤：
[0006]在衬底上依次外延生长缓冲层、分布式布拉格反射镜DBR层、n型AlGaN层、四元AlInGaN/AlInGaN多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、p型AlGaN/AlGaN超晶格欧姆接触层；在所述超晶格欧姆接触层上制备p型电极；减薄所述衬底，随后刻蚀所述衬底形成间隔排列的柱状通孔阵列结构；在所述衬底上以及柱状通孔阵列结构中依次沉积黏附层和种子层，随后沉积金属电极层形成填充金属层，最终形成n型电极。
[0007]本专利技术还提供一种高调制带宽高散热MINI型深紫外LED，包括，填充金属层，所述填充金属层具有平台和布置于平台上的多个阵列排布的金属柱；衬底，布置于所述金属柱之间；缓冲层、分布式布拉格反射镜DBR层、n型AlGaN层、四元AlInGaN/AlInGaN多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、p型AlGaN/AlGaN超晶格欧姆接触层依次设置于所述蓝宝石衬底上；p型电极，设置于所述超晶格欧姆接触层上。
[0008]进一步地，所述四元AlInGaN/AlInGaN多量子阱层的周期数为5，其中，AlInGaN阱层和AlInGaN垒层的晶格失配度小于0.01。
[0009]进一步地，量子垒AlInGaN层的厚度为10～12nm，其Al组分的含量为0.6～0.8，In组分的含量为0.14～0.22；量子阱AlInGaN层的厚度为2～4nm，其Al组分的含量为0.5，In组分的含量为0.16。
[0010]进一步地，分布式布拉格反射镜DBR层由20个周期的AlN/Al
0.55
Ga
0.45
N组成，其中AlN层的厚度为40nm，Al
0.55
Ga
0.45
N层的厚度为25nm。
[0011]进一步地，所述n型AlGaN层中，Al组分含量为0.6，掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
19
cm
‑3，其厚度为500nm～1μm。
[0012]进一步地，所述AlGaN电子阻挡层中，Al组分含量为0.7，掺杂浓度为4
×
10
19
cm
‑3，其厚度为50nm。
[0013]进一步地，所述p型AlGaN/AlGaN超晶格欧姆接触层选用10个周期的Al
0.4
Ga
0.6
N/Al
0.7
Ga
0.3
N组成，单层AlGaN的厚度为1nm。
[0014]进一步地，所述填充金属层包括层叠的黏附层、种子层和金属电极层，所述黏附层选用Ti、TiN、Ta和TaN中的至少一种，所述种子层选用Cu。
[0015]进一步地，所述黏附层靠近所述缓冲层，所述缓冲层包括生长于衬底上的低温GaN层和生长于低温GaN层上的高温GaN层；
[0016]所述衬底选用蓝宝石衬底或碳化硅衬底。
[0017]本专利技术至少具有如下有益效果：
[0018]相较于常规的水平结构的MINI LED，本专利技术的MINI LED用于日盲紫外通信获得了更大的电流拓展效应以及更小的横向电阻，影响LED调制带宽的主要因素就是RC时间常数和输出光功率，RC时间常数越小，调制带宽和输出光功率，RC时间常数越小，调制带宽变大，信号则越容易被探测器探测到，越利于信号的传输。用光功率与电流之间的关系表示为LED的调制深度为可表示为峰值电流与偏置电流之比，MINI型LED因其尺寸以及电阻的减小可以获得更大的发光效率，增加了光输出功率，进而获得更大的调制深度。
[0019]本专利技术的MINI LED结构中布拉格反射镜结构的使用缓解了衬底与n型AlGaN层之间的晶格失配与热适配问题，降低了非辐射复合，并且其通过多层反射使得有源区出射的光朝向p型电极的方向发出，提升了出光效率；另外，刻蚀衬底与填充金属层结合，形成衬底与填充金属间隔分布的结构，改善了芯片的散热性能，增强了器件的导电能力。该垂直MINI LED结构的电流拓展性优于小尺寸水平MINI LED结构，获得较常规水平MINI LED更大的外量子效率EQE，且p
‑
AlGaN/AlGaN超晶格欧姆接触层替换了传统的p型GaN欧姆接触层，避免了p型GaN对光的吸收，增加了LED的空穴注入效率；另外，本专利技术在多量子阱的垒层与阱层的选择上采用四元晶格匹配的AlInGaN/AlInGaN，该阱层和垒层材料的晶格常数相接近，极大程度减小了两层材料之间的极化，降低了量子限制斯达克效应(QCSE)，使电子和空穴波函数重叠率升高，进一步增大了内量子效率，有效改善了材料红移现象。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一实施例的MINI型深紫外LED的制备流程图。
[0021]图2为本专利技术一实施例的MINI型深紫外LED的器件结构示意图。
[0022]图3为本专利技术一实施例的MINI型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高调制带宽高散热MINI型深紫外LED的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底上依次外延生长缓冲层、分布式布拉格反射镜DBR层、n型AlGaN层、四元AlInGaN/AlInGaN多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、p型AlGaN/AlGaN超晶格欧姆接触层；在所述超晶格欧姆接触层上制备p型电极；减薄所述衬底，随后刻蚀所述衬底形成间隔排列的柱状通孔阵列结构；在所述衬底上以及柱状通孔阵列结构中依次沉积黏附层和种子层，随后沉积金属电极层形成填充金属层，最终形成n型电极。2.一种高调制带宽高散热MINI型深紫外LED，其特征在于，包括，填充金属层，所述填充金属层具有平台和布置于平台上的多个阵列排布的金属柱；衬底，布置于所述金属柱之间；缓冲层、分布式布拉格反射镜DBR层、n型AlGaN层、四元AlInGaN/AlInGaN多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、p型AlGaN/AlGaN超晶格欧姆接触层依次设置于所述蓝宝石衬底上；p型电极，设置于所述超晶格欧姆接触层上。3.根据权利要求1的所述制备方法或权利要求2的所述深紫外LED，其特征在于，所述四元AlInGaN/AlInGaN多量子阱层的周期数为5，其中，AlInGaN阱层和AlInGaN垒层的晶格失配度小于0.01。4.根据权利要求3的所述制备方法或所述深紫外LED，其特征在于，量子垒AlInGaN层的厚度为10～12nm，其Al组分的含量为0.6～0.8，In组分的含量为0.14～0.22；量子阱AlInGaN层的厚度为2～4nm，其Al组分的含量为0.5，In组分的含量为0.16。5.根据权利要求1的所述制备方法或权利要求2的所述深紫外LED，其特征在于，分布式布拉格反射镜DBR层由20个周期的AlN/Al

【专利技术属性】
技术研发人员：尹以安，谢雅芳，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：