本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電器件，具體涉及一種基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、algan基紫外led在消殺滅菌、紫外固化、生物醫(yī)療等領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前景。目前algan基紫外led無法取代汞燈作為新一代紫外光源是由于光提取效率低等原因?qū)е碌?，因其?dú)特的能帶結(jié)構(gòu)，所制備的led在發(fā)光時出現(xiàn)橫向模式導(dǎo)致出光面光提取效率低；同時采用傳統(tǒng)algan基深紫外led外延生長方法制備的外延片位錯密度較高，導(dǎo)致內(nèi)量子效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led及其制備方法，用于解決光提取效率、位錯密度高的技術(shù)問題，同時多孔結(jié)構(gòu)作為犧牲層可以有效降低剝離過程中的損傷，進(jìn)而提高器件性能。

2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led制備方法，包括以下步驟：

4、s1、采用金屬有機(jī)化學(xué)沉積法在藍(lán)寶石襯底上依次生長aln緩沖層和algan預(yù)處理層；

5、s2、利用電化學(xué)刻蝕法將步驟s1得到的algan預(yù)處理層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫譨lgan層；

6、s3、利用金屬有機(jī)化學(xué)沉積法在步驟s2得到的多孔algan層上生長外延層；

7、s4、制備反射鏡和p電極、制備金屬鍵合粘結(jié)層、晶圓鍵合、激光剝離、algan刻蝕、n電極蒸鍍工藝制備得到垂直結(jié)構(gòu)led。

8、具體的，步驟s1具體為：

9、分別以tma、tmg、nh3作為金屬al源、ga源、n源，h2為載體；反應(yīng)腔室壓力為50torr；

10、在550～650℃下生長厚度5～50nm的低溫aln層；

11、在1000～1200℃生長厚度0.9～1.2μm的高溫aln層；

12、獲得aln緩沖層后，在aln緩沖層上生長厚度1～2μm的algan預(yù)處理層，生長溫度為1000～1200℃。

13、進(jìn)一步的，先對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行預(yù)處理，具體為：

14、將藍(lán)寶石放置在氫氣氛圍的金屬有機(jī)化學(xué)沉積腔室，并加熱至950～1050℃進(jìn)行10～20min預(yù)熱，然后在氫氣和氨氣的混合氣體氛圍中進(jìn)行5～15min的表面氮化處理，經(jīng)雙面拋光得到厚度為300～500nm藍(lán)寶石襯底。

15、具體的，步驟s2中，多孔algan層的直徑為10～100nm，深度為0.3～3μm，占空比為30％～80％。

16、進(jìn)一步的，電化學(xué)刻蝕中的惰性電極為鉑電極；電解液為濃度1～20mol/l的硝酸、氫氟酸、硫酸、草酸、硝酸鈉和氯化鈉中的任意一種，刻蝕過程中的外加電壓為5.0～20.0v，刻蝕時間為50～500s，刻蝕結(jié)束后用氮?dú)獯蹈伞?/p>

17、具體的，步驟s3具體為：

18、s301、在800～1100℃生長1～3μm厚度的n型algan層，其中，n型algan層中硅摻雜濃度為5×1017cm～3～5×1019cm～3；

19、s302、在800～1100℃生長5～20個循環(huán)的algan/algan多量子阱發(fā)光層，厚度為100～400nm；

20、s303、在800～1100℃生長20～100nm厚度的p型algan層，其中，p型algan層中鎂摻雜濃度為5×1017cm～3～5×1019cm～3；

21、s304、在800～1100℃生長1～2nm厚度的p型gan電子層，其中，p型gan層中鎂摻雜濃度為1×1017cm～3～1×1019cm～3。

22、具體的，步驟s4中，反光鏡的厚度為1～2μm，p電極的厚度為1～10μm，n電極的厚度為1～10μm。

23、具體的，步驟s4中，采用金、金錫、金銦或者鈀銦材料中的一種或多種制備得到金屬鍵合粘結(jié)層，鍵合襯底為si、sic、alsi、cu、cuwo或者cuw合金中的任意一種，厚度為150～500μm；鍵合溫度為300～500℃，壓力為250～350torr，時間為5～40min。

24、具體的，步驟s4中，采用icp刻蝕工藝對殘余algan多孔層進(jìn)行刻蝕，刻蝕氣體為cl2和bcl3，并對n型algan層進(jìn)行粗化處理，粗化后的孔洞直徑為10～100nm，深度為0.1～0.5μm。

25、本發(fā)明的另一技術(shù)方案是，一種基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

27、一種基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led制備方法，通過兩步法獲得的aln薄膜，有效緩解因晶格失配帶來的應(yīng)力，為后續(xù)algan外延生長提供良好的成核條件；多孔algan層可以有效降低材料的位錯密度，同時作為犧牲層，有效降低了激光剝離過程中的損傷，進(jìn)而提高深紫外led的光提取效率和綜合性能。

28、進(jìn)一步的，aln緩沖層的兩步生長法中，低溫aln層為高溫aln層提供良好的形核條件，減小aln閉合層的厚度進(jìn)而降低其位錯密度；algan預(yù)處理層為多孔結(jié)構(gòu)的制備提供平臺。

29、進(jìn)一步的，雙面拋光藍(lán)寶石可以使激光更好的穿過其到達(dá)犧牲層，提高剝離效率；預(yù)處理藍(lán)寶石層為外延生長創(chuàng)造合適的條件。

30、進(jìn)一步的，多孔algan層的不同尺寸和占空比，可使外延層優(yōu)先橫向生長，起到早閉合降低位錯密度的作用；同時作為激光剝離的犧牲層，緩解剝離過程對外延層帶來的損傷。

31、進(jìn)一步的，電化學(xué)刻蝕中不同的濃度和種類的電解液，以及不同刻蝕電壓和時間，會形成不同尺寸和占空比的多孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)而調(diào)控外延層的生長質(zhì)量及剝離效果；刻蝕后的氮?dú)獯蹈墒欠乐箍涛g溶液殘留，影響后續(xù)工藝質(zhì)量。

32、進(jìn)一步的，n型algan層、algan/algan多量子阱發(fā)光層、p型algan層和p型gan層的厚度及摻雜濃度是深紫外led外延層的決定性參數(shù)。

33、進(jìn)一步的，反光鏡可反射光起到增加出光的效果；p和n電極與外延層形成良好的歐姆接觸，保證led正常工作。

34、進(jìn)一步的，金屬鍵合粘結(jié)層除了使鍵合外延層和鍵合材料完美鍵合外，還具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性。

35、進(jìn)一步的，剝離后殘余algan多孔層的刻蝕，是為了消除剝離所造成的損傷層；n型algan層的刻蝕，是為了進(jìn)行表面粗化增強(qiáng)出光效果。

36、綜上所述，本發(fā)明有效提升了深紫外led的光提取效率，同時減低材料的位錯密度和剝離過程中的損傷，可以獲得高質(zhì)量外延層，同時多孔結(jié)構(gòu)作為剝離過程中的犧牲層，共同促進(jìn)了深紫外led綜合性能的提高。

37、下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led制備方法，其特征在于，步驟s1具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led制備方法，其特征在于，先對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行預(yù)處理，具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led制備方法，其特征在于，步驟s2中，多孔algan層的直徑為10～100nm，深度為0.3～3μm，占空比為30％～80％。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led制備方法，其特征在于，電化學(xué)刻蝕中的惰性電極為鉑電極；電解液為濃度1～20mol/l的硝酸、氫氟酸、硫酸、草酸、硝酸鈉和氯化鈉中的任意一種，刻蝕過程中的外加電壓為5.0～20.0v，刻蝕時間為50～500s，刻蝕結(jié)束后用氮?dú)獯蹈伞?/p>

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led制備方法，其特征在于，步驟s3具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led制備方法，其特征在于，步驟s4中，反光鏡的厚度為1～2μm，p電極的厚度為1～10μm，n電極的厚度為1～10μm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led制備方法，其特征在于，步驟s4中，采用金、金錫、金銦或者鈀銦材料中的一種或多種制備得到金屬鍵合粘結(jié)層，鍵合襯底為si、sic、alsi、cu、cuwo或者cuw合金中的任意一種，厚度為150～500μm；鍵合溫度為300～500℃，壓力為250～350torr，時間為5～40min。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led制備方法，其特征在于，步驟s4中，采用icp刻蝕工藝對殘余algan多孔層進(jìn)行刻蝕，刻蝕氣體為cl2和bcl3，并對n型algan層進(jìn)行粗化處理，粗化后的孔洞直徑為10～100nm，深度為0.1～0.5μm。

10.一種基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)led制備方法制備而成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于多孔結(jié)構(gòu)的深紫外垂直結(jié)構(gòu)LED及其制備方法，包括依次層疊設(shè)置的藍(lán)寶石襯底、AlN緩沖層、多孔AlGaN層、N型AlGaN層、AlGaN/AlGaN多量子阱有源區(qū)、P型AlGaN層、P型GaN層。外延生長后，通過制備反射鏡和P電極、晶圓鍵合、激光剝離和N電極等工藝完成垂直結(jié)構(gòu)的制備。本發(fā)明制備的多孔結(jié)構(gòu)可以有效降低層間應(yīng)力和位錯密度，為后續(xù)獲得高質(zhì)量外延層奠定基礎(chǔ)，同時作為剝離過程中的犧牲層，有效降低外延層的損傷，進(jìn)而提高器件的光提取效率和綜合性能。

技術(shù)研發(fā)人員：張敏妍,張宇鵬,林禮濤,云峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23