一种具有DBR高反射结构的紫外发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种AlGaN基DBR高反射紫外发光二极管及制作方法。该紫外发光二极管依次包括：衬底、AlN成核层、n型AlGaN势垒层、有源区、p型AlGaN势垒层和p型GaN冒层；其中，所述p型AlGaN势垒层上制作有DBR高反射结构。本发明专利技术提出的紫外发光二极管中被p型GaN冒层吸收的光线经过所述DBR高反射结构反射后，由底部发出，极大的提高了出射光的功率和效率。本发明专利技术提出的上述其外发光二极管器件及其制作方法工艺简单，重复性好，可靠性高，可用于空气/水净化，医疗，生物医学，白光照明以及空间通信等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，特别是具有共振高反射膜的紫外发光二极管及其制备方法。
技术介绍
II1-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。而且纤铸矿结构的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基多量子阱的紫外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。紫外光在丝网印刷、聚合物固化、环境保护、空气与水净化、医疗与生物医学、白光照明以及军事探测、空间保密通信等领域都有重大应用价值。由于ρ型AlGaN层难以形成良好的欧姆接触，提供良好的空穴注入效率，因此在P型层一侧多采用P-GaN层制作ρ型欧姆接触，以提高P型层的空穴注入效率。但由于P-GaN层对紫外光(200nm-365nm)的强吸收和较低的反射率，使量子阱向ρ型层一侧辐射的光被P-GaN层吸收，从而不能被提取出来，造成较低的光提取效率和光辐射功率损失严重。虽然银反射镜对蓝光的反射率达到90%以上，但是对200nm-365nm波段的紫外光的反射率较低(< 10% )。未被提取的光大部分被吸收转换成热量，使器件温度上升，严重影响器件的可靠性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是紫外发光二极管背面出光结构中出光效率低的问题，并且具有优化紫外发光二极管的输出波形和光场分布的效果。为此本专利技术提出了一种具有DBR高反射结构的紫外发光二极管装置及其制作方法，该紫外发光二极管可制作成倒装结构、倒装薄膜或垂直结构，通过将部分P-GaN冒层刻蚀掉，并制作具有高反射率的分布式布拉格反射(DBR)多层膜结构来提高发光二极管的光提取效率。本专利技术提出的具有DBR高反射结构的紫外发光二极管装置，其依次包括:衬底(11)、AlN成核层(12)、η型AlGaN势垒层(13)、有源区(14)、ρ型AlGaN势垒层(15)和ρ型GaN冒层(16);其中，所述ρ型AlGaN势垒层(15)上制作有DBR高反射结构(19)，用于将光反射后从器件底部发射出去。本专利技术提出的具有DBR反射结构的紫外发光二极管装置的制作方法，其包括:步骤1、生长外延结构，所述外延结构按照自下而上顺序包括低温AlN成核层(121)、高温AlN模板层(122)、η型AlGaN势垒层(13)、有源区(14)、高Al组分ρ型AlGaN势垒层(151)、低Al组分ρ型AlGaN势垒层或Al组分渐变减小的ρ型AlGaN势垒层(152)、P型GaN冒层(16)；步骤2、从顶部的部分ρ型GaN冒层(16)刻蚀至η型AlGaN势垒层(13)，形成η型AlGaN台面；步骤3、在未被刻蚀的P型GaN冒层(16)上光刻形成窗口区，并采用氯基ICP工艺刻蚀所述窗口区至低Al组分ρ型AlGaN势鱼层或Al组分渐变减小的ρ型AlGaN势鱼层(152)的表面或表面以下,形成反射窗口，并且保留一部分ρ型GaN冒层(16)未被刻蚀；步骤4、在所述反射窗口区交替生长一定厚度的两种高、低折射率材料，构成DBR闻反射结构(19)；步骤5、在所述η型AlGaN台面上制作η型欧姆接触电极(17)；步骤6、在所述保留的一部分ρ型GaN冒层(16)上制作P型电极，完成所述紫外发光二极管装置的制作。本专利技术提出的具有DBR反射结构的紫外发光二极管装置的制作方法，其包括:步骤1、生长外延结构，所述外延结构按照自下而上顺序包括低温AlN成核层(121)、高温AlN模板层(122)、η型AlGaN势垒层(13)、有源区(14)、高Al组分ρ型AlGaN势垒层(151)、低Al组分ρ型AlGaN势垒层或Al组分渐变减小的ρ型AlGaN势垒层(152)、P型GaN冒层(16)；步骤2、从顶部的部分ρ型GaN冒层(16)刻蚀至η型AlGaN势鱼层(13),形成η型AlGaN台面；步骤3、在所述η型AlGaN台面上制作η型欧姆接触电极(17)；步骤4、在未被刻蚀的ρ型GaN冒层(16)的一部分上制作P型电极；步骤5、在未制作ρ型电极的ρ型GaN冒层(16)上光刻形成窗口区，并采用氯基ICP工艺刻蚀所述窗口区至低Al组分P型AlGaN势垒层或Al组分渐变减小的ρ型AlGaN势垒层(152)的表面或表面以下，形成反射窗口，并且保留一部分ρ型GaN冒层(16)未被刻蚀；步骤6、在所述反射窗口区交替生长一定厚度的两种高、低折射率材料，构成DBR高反射结构(19)，完成所述紫外发光二极管装置的制作。本专利技术公开的上述紫外发光二极管装置及其制作方法，利用分布式布拉格反射(DBR)多层膜堆叠的周期结构，对紫外发光二极管(UV-LED)有源区辐射电磁波的中心波长有共振加强作用，对波长具有选择性，可起到优化LED辐射波形以及光场分布的作用，实现紫外发光二极管的宽度窄、强度高、准直性好的光输出；本专利技术还通过设计有源区的位置，优选在UV-LED辐射中心波长的反节点位置，可诱导有源区中的载流子辐射复合，提高有源区的辐射复合效率，提高内量子效率，进而达到提高UV-LED总的辐射效率的目的。同时，在未刻蚀的P-GaN层上制作ρ型欧姆接触电极，使器件既具有良好的欧姆接触性能，又具有较高的紫外反射率，从而保证紫外发光二极管的较好的电学性能的条件下，提高发光二极管的光提取效率。附图说明图1为本专利技术优选实施例中紫外发光二极管的截面结构示意图2为本专利技术优选实施例中紫外发光二极管外延结构示意图；图3为本专利技术优选实施例中紫外发光二极管电极的第一种制作方法流程图；图4为本专利技术优选实施例中紫外发光二极管电极的第二种制作方法流程图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术公开了一种具有DBR高反射结构的紫外发光二极管及其制备方法。图1示出了本发 明优选实施例中具有DBR高反射结构的AlGaN基紫外发光二极管的截面和俯视结构示意图。如图1所示，所述AlGaN基紫外发光二极管包括:衬底11，该衬底11的材料为蓝宝石、SiC或AlN;AlN成核层12，其采用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)的方法生长在衬底11上，AlN成核层12分为两层。第一层是低温成核层121,其生长温度550°C -650°C,优选为600°C，厚度为20-100nm，优选为50nm ;第二层是高温模板层122，其生长温度为IlOO0C -1250°C，优选为1200°C，其厚度为500_5000nm，优选为1200nm ;其中，所述低温成核层121生长在所述衬底11上，而高温模板层122生长在所述低温成核层121上；η型AlGaN势垒层13，其采用MOCVD法生长在所述AlN成核层12的高温模板层122上，其厚度为1-5 μ m,优选为3 μ m ;具有一个或多个量子阱的有源区14，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有DBR高反射结构的紫外发光二极管装置，该装置依次包括：衬底(11)、AlN成核层(12)、n型AlGaN势垒层(13)、有源区(14)、p型AlGaN势垒层(15)和p型GaN冒层(16)；其中，所述p型AlGaN势垒层(15)上制作有DBR高反射结构(19)，用于将光反射后从器件底部发射出去。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾建平，闫建昌，王军喜，丛培沛，孙莉莉，董鹏，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：