專利名稱：SiC襯底上的多量子阱紫外LED器件及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導體器件，特別是一種新型AlGaN基多量 子阱的uv-LED器件的實現(xiàn)方法，可用于水處理、醫(yī)療與生物醫(yī)學以及白光照明領(lǐng) 誠-
背景技術(shù)：
III-V族化合物半導體材料作為第三代半導體材料的杰出代表，具有很多優(yōu)良的 特性，尤其是在光學應(yīng)用方面，由Ga、 Al、 In、 N組成的合金(Ga(Al，In)N)可以覆 蓋整個可見光區(qū)和近紫外光區(qū)。而且纖鋅礦結(jié)構(gòu)的III族氮化物都是直接帶隙，非常 適合于光電子器件的應(yīng)用。特別是在紫外光區(qū)，AlGaN基多量子阱的uv-LED已顯 示出巨大的優(yōu)勢，成為目前紫外光電器件研制的熱點之一。然而，隨著LED發(fā)光波 長的變短，GaN基LED有源層中Al組分越來越高，高質(zhì)量AlGaN材料的制備具有 很大難度，AlGaN材料造成uv-LED的外量子效率和光功率都很低，成為了uv-LED 發(fā)展的瓶頸，是當前急需解決的問題。
AlGaN基多量子阱uv-LED器件具有廣闊的應(yīng)用前景。首先，GaN基藍綠光LED 取得了突破性的進展，目前高亮度藍綠光LED已經(jīng)商業(yè)化，在景觀照明、大屏幕背 光源、光通訊等領(lǐng)域都顯示了強大的潛力。其次，白光LED固態(tài)照明更是如火如荼， 引發(fā)了第三次照明革命。再次，隨著可見光領(lǐng)域的日趨成熟，研究人員把研究重點 逐漸向短波長的紫外光轉(zhuǎn)移，紫外光在絲網(wǎng)印刷、聚合物固化、環(huán)境保護、白光照 明以及軍事探測等領(lǐng)域都有重大應(yīng)用價值。
目前，在國內(nèi)和國際上，主要是采用一些新的材料生長方法，或者是采用新的 結(jié)構(gòu)來減少應(yīng)力對AlGaN材料質(zhì)量的破壞，來提高AlGaN材料的生長質(zhì)量，從而 提高了 uv-LED的發(fā)光性能，這些方法包括
2002年，第一個低于300nm的uv-LED在美國南卡羅萊納州立大學實現(xiàn)，他們 在藍寶石襯底上制出了波長285nm的LED， 200nx200p芯片在400mA脈沖電流下 功率為0.15mW，改進p型和n型接觸電阻后，最大功率達到0.25mW。參見文獻 V. Adivarahan, J. P. Zhang, A. Chitnis, et al， "sub-Milliwatt Power III-N Light Emitting Diodes at 285nm," Jpn J Appl Phy， 2002, 41: L435。隨后，他們又取得了一系列突破性進展，依次實現(xiàn)了 280nm、 269nm、 265nm的發(fā)光波長，LED最大功率超過lmW。 參見文獻W H Sun, J P Zhang, V Adivarahan, et al. "AlGaN-based 280nm light-emitting diodes with continuous wave powers in excess of 1.5mW" Appl Phys Lett, 2004， 85(4):531; V Adivarahan, S Wu, J P Zhang, et al. "High-efficiency 269nm emission deep ultraviolet light-emitting diodes" Appl Phys Lett, 2004,84(23):4762; Y Bilenko, A Lunev, X Hu, et al. "10 Milliwatt Pulse Operation of 265nm AlGaN Light Emitting Diodes" Jpn J Appl Phys, 2005, 44:L98.為了改善電流傳輸，降低熱效應(yīng)，他們對lOOpmx 100pm 的小面積芯片，按照2x2陣列模式連接，并采用flip-chip結(jié)構(gòu)，280nm波長的功率 可達到24mW，最大外量子效率0.35% 。參見文獻W H Sun, J P Zhang, V Adivarahan, et al. "AlGaN-based 280nm light-emitting diodes with continuous wave powers in excess of 1.5mW" Appl Phys Lett, 2004, 85(4):531。 2004年，又做出了 250歸的LED, 200|^20(^的芯片最大功率接近0.6mW，但外量子效率僅有0.01%。參見文獻V Adivarahan, W H Sun, A Chitnis, et al. "250nm AlGaN light-emitting diodes" Appl Phys Lett, 2004,85(12):2175,
2004年，美國西北大學、堪薩斯大學也在深紫外特別是280-290證波段取得了 較大進展。Fischer A J, Allerman A A, et al. Room-temperature direct current operation of 290nm Light-emitting diodes with milliwatt power level [J]. Appl Phys Lett, 2004，84(17):3394.采用插絲狀接觸來改善芯片內(nèi)部的電流擴展，倒裝焊結(jié)構(gòu)提高 LED的散熱能力，制出了 lmmximm大功率紫外LED,發(fā)光波長290nm， 300mA 直流下的發(fā)光功率達1.34mW，外量子效率0.11 % 。Kim K H, Fan Z Y, Khizar M, et al. AlGaN-based ultraviolet light-emitting diodes grown on A1N epilayers [J]. Appl Phys Lett, 2004, 85(20):4777.將傳統(tǒng)的方形芯片改為圓盤狀，降低了開啟電壓，使功率大 幅度提高，210pm直徑的芯片，功率超過了 lmW。
同年，美國南卡羅萊納州立大學又研制出250和255mn的深紫外uv-LED，底 部緩沖層采用AlGaN/AIN超晶格結(jié)構(gòu)，生長出高質(zhì)量的AlGaN勢壘層，制出了 200x200pm的深紫外LED,在300mA和1000mA的脈沖電流下，其發(fā)光功率分別 達到0.16mW和0.57mW，但是由于采用底部出光的方式，其發(fā)光效率還是比較低。 參見文獻V Adivarahan, W H S皿，A Chitnis, M Shatalov, S Wu, H P Maruska, M Asif Khan, "250nm AlGaN light-emitting diodes" Appl Phys Lett, 2004, 85(12): 2175.
2007年，日本埼玉大學在231-261nm波段的深紫外LED的研究取得了進一步的進展，由于采用脈沖生長A1N緩沖層，進一步減少了 A1N層的位錯缺陷密度，從 而生長出高Al組分的AlGaN層，使得261nm的深紫外LED的光功率以及外量子 效率分布達到1.65mW和0.23 % 。參見文獻Hirayama Hideki， Yatabe Tohru, Noguchi Norimichi, Ohashi Tomoaki, Kamata Norihiko. "231-261nm AlGaN deep-ultraviolet light-emitting diodes fabricated on AIN multilayer buffers grown by ammonia pulse-flow method on sapphire" Appl Phys Lett, 2007， 91(7): 071901-1.
縱上所述，當前，國際上AlGaN基deep uv-LED器件的制作都是采用底部出光 的方式，對頂部出光的研究較少。隨著發(fā)光波長的減少，底部緩沖層對紫外光的吸 收越來越多，嚴重影響了出射光功率以及外量子效率?，F(xiàn)有底部出光的技術(shù)目前還 存在很大的缺點， 一是光的出射路徑過長，中途光的損耗過大，往往造成光的外量 子效率過低；二是底部A1N緩沖層的結(jié)晶質(zhì)量都較差，造成材料的非輻射復合中心 增多，對紫外光的吸收較多；三是底部緩沖層在電應(yīng)力作用下，俘獲光子的缺陷增 加，嚴重影響了器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點，提出一種可靠性高、成本低、工藝 簡單的SiC襯底上的多量子阱紫外LED器件及制作方法，以減少光的出射路徑，提 高輸出光的功率以及外量子效率，實現(xiàn)大功率LED器件的制作。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的SiC襯底上的多量子阱紫外LED器件包括 A1N成核層、本征AlGaN外延層、n型AlGaN勢壘層、有源區(qū)、p型AlGaN勢壘 層、低Al組分p型AlGaN層和p型GaN冒層，其中p型GaN冒層的中心刻蝕有 柱體狀窗口區(qū)，用于改變出射光的路徑。
所述的窗口區(qū)底部位于p型AlGaN勢壘層的四分之三處。
所述的窗口區(qū)的深度與寬度的比例為1: 1000。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下兩種制作SiC襯底上的多量子阱紫外LED 器件的方法。
技術(shù)方案l，制作SiC襯底上的多量子阱紫外LED器件的方法，包括如下 步驟
I.材料生長步驟在SiC基片上，利用MOCVD工藝，依次生長低溫AIN成 核層、高溫AIN成核層、AlGaN外延層、n-AlGaN勢壘層、有源區(qū)、40%-60%的高 Al組分p型AlGaN勢壘層、10%-25%的低Al組分p型AlGaN層和p型GaN層；II.器件制作步驟
1) 先光刻出位于p型GaN冒層的圓形窗口，再采用氯基ICP工藝刻蝕窗口區(qū) 至p型AlGaN勢壘層，形成圓柱體的出光窗口，其刻蝕工藝參數(shù)分別為 240W-600W的上電極功率，0-80V的偏壓，l-3Pa的壓力、100-180s的刻蝕時間；
2) 在n型SiC襯底的背面光刻出n型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在電 極圖形區(qū)蒸發(fā)n型歐姆接觸金屬，形成n型電極；
3) 在p型GaN冒層光刻出p型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在電極圖 形區(qū)蒸發(fā)p型歐姆接觸金屬，形成p型電極，完成器件制作。
技術(shù)方案2，制作SiC襯底上的多量子阱紫外LED器件的方法，包括如下步驟:
I. 材料生長步驟在SiC基片上，利用MOCVD工藝，依次生長低溫A1N成 核層、高溫A1N成核層、AlGaN外延層、n-AlGaN勢壘層、有源區(qū)、40%-60%的高 Al組分p型AlGaN勢壘層、10%-25%的低Al組分p型AlGaN層和p型GaN層；
II. 器件制作步驟
1) 在p型GaN冒層中心先光刻出圓形窗口，再采用氯基R正工藝二次刻蝕窗 口區(qū)至p型AlGaN勢壘層，形成圓柱體的出光窗口，其刻蝕工藝參數(shù)分別為 150W-400W的電極功率，230-550V的偏壓，5-10mT的反應(yīng)室壓力，100-240s的刻 蝕時間；
2) 在n型SiC襯底的背面光刻出n型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在窗 口區(qū)蒸發(fā)n型歐姆接觸金屬，形成n型電極；
3) 在p型GaN冒層光刻出p型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在窗口區(qū) 蒸發(fā)p型歐姆接觸金屬，形成p型電極，完成器件制作。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點
(1) 本發(fā)明由于通過刻蝕p-GaN冒層至p型AlGaN阻擋層，形成圓柱體狀 的出光窗口，使得發(fā)出的紫外光能從頂部輻射出來，有效的提高了光的輸出功率以 及器件的外量子效率。
(2) 本發(fā)明由于采用千法刻蝕窗口區(qū)，使得位于窗口區(qū)底部的電子勢壘層 p-AlGaN的表面粗化，進一歩提高了出射光的出射效率。
(3) 本發(fā)明的器件由于采用了頂部窗口結(jié)構(gòu)，即使電應(yīng)力使器件的A1N緩沖 層中的缺陷增多，也不會影響出射光的功率，這將極大地推進AlGaN基多量子阱紫 外LED的實用化進程。(4)本發(fā)明的制作工藝完全能與成熟的藍光GaN基LED器件制備工藝兼容。


圖1是本發(fā)明器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明材料生長的工藝流程圖； 圖3是本發(fā)明器件制作工藝流程圖。
參照圖l，本發(fā)明器件的最下層為SiC襯底，SiC襯底上為低溫A1N成核層， 低溫A1N成核層上為高溫成核層，高溫A1N成核層上為AlGaN外延層，AlGaN外 延層上為n型AlGaN勢壘層，n型AlGaN勢壘層上為有源區(qū)，該有源區(qū)由多量子 阱結(jié)構(gòu)的AlxGa^N/AlyGat-yN組成，有源區(qū)上為高Al組分p型AlGaN勢壘層，其 上為低Al組分的p型AlGaN層，最上面為p型GaN冒層。p型GaN冒層處設(shè)有窗 口區(qū)A，使產(chǎn)生的光由頂部冒層發(fā)出。該窗口區(qū)A的形狀為圓柱體，其底部位于p 型AlGaN勢壘層厚度的四分之三處。窗口區(qū)A的深度與寬度的比例為1: 1000， n 型電極位于n-AlGaN臺面上，p型電極位于p型GaN冒層上。
以下給出本發(fā)明器件制作的6種實施例
實施例一，本發(fā)明器件的制作包括材料生長和器件制作兩個步驟。 參照圖2，本發(fā)明的材料生長步驟如下
步驟l，在SiC基片上，利用MOCVD工藝，生長低溫AIN成核層。 將襯底溫度降低為600°C，保持生長壓力50Torr，氫氣流量為1500sccm，氨氣
流量為1500sccm，向反應(yīng)室通入流量為28pmol/min的鋁源，生長厚度為3nm的低
溫A1N成核層。
步驟2，在低溫A1N成核層上，生長高溫A1N成核層。
將生長溫度升高到1050°C，保持生長壓力50Torr，氫氣流量為1500sccm，氨 氣流量為1500sccm，向反應(yīng)室通入流量為28)amol/min的鋁源，生長厚度為20nm的 高溫A1N成核層。
步驟3，在高溫A1N成核層上，生長AlGaN外延層。
生長溫度保持在1050°C，保持生長壓力為110Torr，氫氣流量為1500sccm，氨 氣流量為1100sccm，向反應(yīng)室通入流量為50Mmol/min的鋁源和80pmol/min的鎵源， 生長厚度為1200nm的非摻雜的AlGaN外延層。
步驟4，在AlGaN外延層上，生長Si摻雜的n型AlGaN勢壘層。 生長溫度保持在1050°C，保持生長壓力110Torr，氫氣流量為1500sccm，氨氣流量1500sccm，向反應(yīng)室同時通入流量為55|amol/min的鋁源、65nmol/min的鎵源 以及l(fā)-3pmol/min的Si源，生長厚度為600nm的Si摻雜的AlGaN勢壘層。
步驟5，在n型AlGaN勢壘層上，生長多量子阱AlxGa^N/AlyGaLyN層，(x<y)。 生長溫度保持在105(TC，保持生長壓力120Toit，氫氣流量為1500sccm，氨氣 流量1500sccm，向反應(yīng)室同時通入流量為65nmol/min的鋁源和80|omol/min的鎵源， 生長厚度為2-7nm的AlxGai.xN勢阱層；生長溫度保持在1050°C，保持生長壓力 70Torr，氫氣流量為1500sccm，氨氣流量1500sccm，向反應(yīng)室同時通入流量為 80nmol/min的鋁源，65jimol/min的鎵源，生長厚度為2-10nm的AlyGa,—yN勢壘層， 量子阱的周期為3-5個。
步驟6，在多量子阱AlxGa,.xN/AlyGai.yN層上，生長40%-60%的高Al組分p 型AlGaN勢壘層。
生長溫度保持在IOOO'C，保持生長壓力100Torr，氫氣流量為1500sccm，氨氣 流量1500sccm，向反應(yīng)室同時通入流量為10(Htmol/min的鋁源、70pmol/min的鎵源， 以及3-5pmol/min的Mg源，生長厚度為70nm的高Al組分的p型AlGaN勢壘層。 步驟7，在p型勢壘層上，生長10%-25%的低Al組分p型AlGaN層。 生長溫度保持在IOOO'C，保持生長壓力100Torr，氫氣流量為1500sccm，氨氣 流量1500sccm，向反應(yīng)室同時通入流量為80pmol/min的鋁源、120Mmol/min的鎵源 以及3-5pmol/min的Mg源，生長厚度為60nm的低Al組分的p型AlGaN勢壘層。 步驟8，在所述的低Al組分p型AlGaN層上，生長p型GaN冒層。 生長溫度保持在95(TC，保持生長壓力70Torr，氫氣流量為1500sccm，氨氣流 量1500sccm，向反應(yīng)室同時通入流量為65|imol/min的鎵源，以及3-5nmol/min的 Mg源，生長厚度為60nm的p型GaN冒層。 參照圖3，本發(fā)明的器件制作步驟如下
(1) 第一步，在p型GaN冒層上光刻出一圓形窗口，采用ICP刻蝕窗口區(qū)至 p型AlGaN勢壘層，形成圓柱體的出光窗口A。
(2) 對樣片甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min，然后再在90°C的烘箱中烘15min，
通過光刻以及顯影形成刻蝕所需的出光窗口 ；
(3) 采用ICP干法刻蝕p型GaN層至p型AlGaN勢壘層，刻蝕采用的氣體為 C12/BC13，刻蝕深度為135nm，刻蝕采用的電極功率為240W，偏壓為80V，壓力為 1Pa，刻蝕時間為180s，形成圓柱體的出光窗口A。第二步，在n型SiC襯底的背面光刻出n型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝， 在電極圖形區(qū)蒸發(fā)n型歐姆接觸金屬，形成n型電極。
(1) 為了更好地剝離金屬，首先在樣片上甩黏附劑，轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/min，時 間為30s，在溫度為160'C的高溫烘箱中烘20min;然后再在該樣片上甩正膠，轉(zhuǎn)速 為5000轉(zhuǎn)/min，最后在溫度為8(TC的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得n型電極圖形；
(2) 采用DQ-500等離子體去膠機去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，該步 驟大大提高了剝離的成品率，而后采用VPC-1000電子束蒸發(fā)設(shè)備淀積Ni/Au兩層 金屬；
(3) 在丙酮中浸泡40min以上后進行超聲處理，然后用氮氣吹干；
(4) 將樣片放入到快速退火爐中，首先向退火爐內(nèi)通入氮氣10min左右，然 后在氮氣氣氛下，溫度為100(TC條件下進行65s的高溫退火，形成n型電極。
第三步，在p型GaN冒層上光刻出p型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在
電極圖形區(qū)蒸發(fā)p型歐姆接觸金屬，形成p型電極。
(1) 首先在樣片上甩黏附劑，甩膠臺的轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/min，時間為30s，將其
放入溫度為160'C的高溫烘箱中烘20min;之后再在該樣片上甩正膠，甩膠臺的轉(zhuǎn) 速為5000轉(zhuǎn)/min，放入溫度為8(TC的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得p型電極圖形；
(2) 采用DQ-500等離子體去膠機去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，在p 型電極圖形上采用VPC-1100電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)Ni/Au兩層金屬來作為p型電極；
(3) 將進行完上述處理的樣片放入丙酮中浸泡20min以上后進行超聲處理， 然后用氮氣吹干，之后再將該樣片放入到快速退火爐中，在空氣氣氛下，溫度為 560"C條件下進行10min的高溫退火，形成p型電極，完成器件制作。
實施例二，本發(fā)明器件的制作包括材料生長和器件制作兩個步驟。 其中材料生長步驟與實施例一相同，如圖2所示。 器件制作如圖3所示，具體步驟如下
第一步，在p型GaN冒層上光刻出一圓形窗口，采用ICP刻蝕窗口區(qū)至p型 AlGaN勢壘層，形成圓柱體的出光窗口A。
(1) 在轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min的甩膠臺上對樣片進行甩膠，再在90'C的烘箱中烘 15min，通過光刻以及顯影形成刻蝕所需的出光窗口；
(2) 采用ICP干法刻蝕p型GaN層至p型AlGaN勢壘層，刻蝕深度為135nm， 刻蝕采用的氣體為C12/BC13，刻蝕采用的電極功率為450W，偏壓為60V，壓力為2Pa，刻蝕時間為140s，形成圓柱體的出光窗口A。
第二步，在n型SiC襯底的背面光刻出n型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝， 在電極圖形區(qū)蒸發(fā)n型歐姆接觸金屬，形成n型電極。
(1) 為了更好地剝離金屬，首先在樣片上甩黏附劑，轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/min，時 間為30s，在溫度為16(TC的高溫烘箱中烘20min;再在該樣片上甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000 轉(zhuǎn)/min;最后在溫度為80'C的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得n型電極圖形；
(2) 采用DQ-500等離子體去膠機去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，該步 驟大大提高了剝離的成品率，而后采用VPC-1000電子束蒸發(fā)設(shè)備淀積Ni/Au兩層 金屬；
(3) 在丙酮中浸泡40min以上后進行超聲處理，然后用氮氣吹干；
(4) 將樣片放入到快速退火爐中，首先向退火爐內(nèi)通入氮氣10min左右，然 后在氮氣氣氛下，溫度為100(TC條件下進行65s的高溫退火，形成n型電極。
第三步，在p型GaN冒層上光刻出p型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在
電極圖形區(qū)蒸發(fā)p型歐姆接觸金屬，形成p型電極。
(1) 首先在樣片上甩黏附劑，甩膠臺的轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/min，時間為30s，將其
放入溫度為16(TC的高溫烘箱中烘20min;之后再在該樣片上甩正膠，甩膠臺的轉(zhuǎn) 速為5000轉(zhuǎn)/min，放入溫度為8(TC的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得p型電極圖形；
(2) 采用DQ-500等離子體去膠機去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，在p 型電極圖形上采用VPC-1100電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)Ni/Au兩層金屬來作為p型電極；
(3) 將進行完上述處理的樣片放入丙酮中浸泡20min以上后進行超聲處理， 然后用氮氣吹干，之后再將該樣片放入到快速退火爐中，在空氣氣氛下，溫度為 560'C條件下進行10min的高溫退火，形成p型電極，完成器件制作。
實施例三，本發(fā)明器件的制作包括材料生長和器件制作兩個步驟。 其中材料生長步驟與實施例一相同，如圖2所示。 器件制作如圖3所示，具體步驟如下
第一步，在p型GaN冒層上光刻出一圓形窗口，采用ICP刻蝕窗口區(qū)至p型 AlGaN勢壘層，形成圓柱體的出光窗口A。
(1) 對樣片甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min，然后再在卯"的烘箱中烘15min， 通過光刻以及顯影形成刻蝕所需的出光窗口；
(2) 采用ICP干法刻蝕p型GaN層至p型AlGaN勢壘層，刻蝕深度為135ran,刻蝕采用的氣體為C12/BC13，刻蝕采用的電極功率為600W，偏壓為0V，壓力為3Pa， 刻蝕時間為100s，形成圓柱體的出光窗口 A。
第二步，在n型SiC襯底的背面光刻出n型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝， 在電極圖形區(qū)蒸發(fā)n型歐姆接觸金屬，形成n型電極。
(1)為了更好地剝離金屬，首先在樣片上甩黏附劑，轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/min，時 間為30s，在溫度為160。C的高溫烘箱中烘20min;然后再在該樣片上甩正膠，轉(zhuǎn)速 為5000轉(zhuǎn)/min，最后在溫度為80'C的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得n型電極圖形； t (2)采用DQ-500等離子體去膠機去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，該步 驟大大提高了剝離的成品率，而后采用VPC-1000電子束蒸發(fā)設(shè)備淀積Ni/Au兩層 金屬；
(3) 在丙酮中浸泡40min以上后進行超聲處理，然后用氮氣吹干；
(4) 將樣片放入到快速退火爐中，首先向退火爐內(nèi)通入氮氣10min左右，然 后在氮氣氣氛下，溫度為100CTC條件下進行65s的高溫退火，形成n型電極。
第三步，在p型GaN冒層上光刻出p型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在
電極圖形區(qū)蒸發(fā)p型歐姆接觸金屬，形成p型電極。
(1) 首先在樣片上甩黏附劑，甩膠臺的轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/min，時間為30s，將其
放入溫度為16(TC的高溫烘箱中烘20min;之后再在該樣片上甩正膠，甩膠臺的轉(zhuǎn) 速為5000轉(zhuǎn)/min，放入溫度為80。C的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得p型電極圖形；
(2) 采用DQ-500等離子體去膠機去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，在p 型電極圖形上采用VPC-1100電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)Ni/Au兩層金屬來作為p型電極；
(3) 將進行完上述處理的樣片放入丙酮中浸泡20min以上后進行超聲處理， 然后用氮氣吹干，之后再將該樣片放入到快速退火爐中，在空氣氣氛下，溫度為 56(TC條件下進行10min的高溫退火，形成p型電極，完成器件制作。
實施例四，本發(fā)明器件的制作包括材料生長和器件制作兩個步驟。 其中材料生長步驟與實施例一相同，如圖2所示。 器件制作如圖3所示，具體步驟如下
第一步，在p型GaN冒層上光刻出一圓形窗口，采用R正刻蝕窗口區(qū)至p型 AlGaN勢壘層，形成圓柱體的出光窗口A。
(1)在樣片表面涂上光刻膠，在轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min的甩膠臺上進行甩膠，然
后在9(TC的烘箱中烘15min，通過光刻以及顯影形成刻蝕所需的出光窗口 ；(2)采用R正干法刻蝕p型GaN層至p型AlGaN勢壘層，刻蝕深度為135nm， 刻蝕采用的氣體為C12/BC13，刻蝕采用的電極功率為150W，偏壓為230V，壓力為 10mT，刻蝕時間為240s，形成底部在p型AlGaN勢壘層的圓柱體出光窗口 A。
第二步，在n型SiC襯底的背面光刻出n型電極的圖形，釆用電子束蒸發(fā)工藝， 在電極圖形區(qū)蒸發(fā)n型歐姆接觸金屬，形成n型電極。
(1) 為了更好地剝離金屬，首先在樣片上甩黏附劑，轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/min，時 間為30s，在溫度為16(TC的高溫烘箱中烘20min;然后再在該樣片上甩正膠，轉(zhuǎn)速 為5000轉(zhuǎn)/min，最后在溫度為80'C的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得n型電極圖形；
(2) 采用DQ-500等離子體去膠機去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，該步 驟大大提高了剝離的成品率，而后采用VPC-1000電子束蒸發(fā)設(shè)備淀積Ni/Au兩層 金屬；
(3) 在丙酮中浸泡40min以上后進行超聲處理，然后用氮氣吹干；
(4) 將樣片放入到快速退火爐中，首先向退火爐內(nèi)通入氮氣10min左右，然 后在氮氣氣氛下，溫度為1000'C條件下進行55s的高溫退火，形成n型電極。
第三步，在p型GaN冒層上光刻出p型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在
電極圖形區(qū)蒸發(fā)p型歐姆接觸金屬，形成p型電極。
(1) 首先在樣片上甩黏附劑，甩膠臺的轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/min，時間為30s，將其
放入溫度為160'C的高溫烘箱中烘20min;之后再在該樣片上甩正膠，甩膠臺的轉(zhuǎn) 速為5000轉(zhuǎn)/min，放入溫度為8(TC的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得p型電極圖形；
(2) 采用DQ-500等離子體去膠機去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，在p 型電極圖形上采用VPC-1100電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)Ni/Au兩層金屬來作為p型電極；
(3) 將進行完上述處理的樣片放入丙酮中浸泡20min以上后進行超聲處理， 然后用氮氣吹干，之后再將該樣片放入到快速退火爐中，在空氣氣氛下，溫度為 560'C條件下進行10min的高溫退火，形成p型電極，完成器件制作。
實施例五，本發(fā)明器件的制作包括材料生長和器件制作兩個步驟。 其中材料生長步驟與實施例一相同，如圖2所示。 器件制作如圖3所示，具體步驟如下
第一步，在p型GaN冒層上光刻出一圓形窗口，采用RIE刻蝕窗口區(qū)至p型 AlGaN勢壘層，形成圓柱體的出光窗口A。
(1)在樣片表面涂上光刻膠，在轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min的甩膠臺上進行甩膠，然后在9(TC的烘箱中烘15min，通過光刻以及顯影形成刻蝕所需的出光窗口；
(2)采用R正干法刻蝕p型GaN層至p型AlGaN勢壘層，刻蝕深度為135nm， 刻蝕采用的氣體為C12/BC13，刻蝕采用的電極功率為320W，偏壓為410V，壓力為 8mT，刻蝕時間為180s，形成底部在p型AlGaN勢壘層的圓柱體出光窗口 A。
第二步，在n型SiC襯底的背面光刻出n型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝， 在電極圖形區(qū)蒸發(fā)n型歐姆接觸金屬，形成n型電極。
(1) 為了更好地剝離金屬，首先在樣片上甩黏附劑，轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/min，時 間為30s，在溫度為160。C的高溫烘箱中烘20min;然后再在該樣片上甩正膠，轉(zhuǎn)速 為5000轉(zhuǎn)/min，最后在溫度為8(TC的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得n型電極圖形；
(2) 采用DQ-500等離子體去膠機去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，該步 驟大大提高了剝離的成品率，而后采用VPC-1000電子束蒸發(fā)設(shè)備淀積Ni/Au兩層 金屬；
(3) 在丙酮中浸泡40min以上后進行超聲處理，然后用氮氣吹千；
(4) 將樣片放入到快速退火爐中，首先向退火爐內(nèi)通入氮氣10min左右，然 后在氮氣氣氛下，溫度為100(TC條件下進行55s的高溫退火，形成n型電極。
第三步，在p型GaN冒層上光刻出p型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在
電極圖形區(qū)蒸發(fā)p型歐姆接觸金屬，形成p型電極。
(1) 首先在樣片上甩黏附劑，甩膠臺的轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/min，時間為30s，將其
放入溫度為16(TC的高溫烘箱中烘20min;之后再在該樣片上甩正膠，甩膠臺的轉(zhuǎn) 速為5000轉(zhuǎn)/min，放入溫度為8(TC的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得p型電極圖形；
(2) 采用DQ-500等離子體去膠機去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，在p 型電極圖形上采用VPC-1100電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)Ni/Au兩層金屬來作為p型電極；
(3) 將進行完上述處理的樣片放入丙酮中浸泡20min以上后進行超聲處理， 然后用氮氣吹干，之后再將該樣片放入到快速退火爐中，在空氣氣氛下，溫度為 56(TC條件下進行10min的高溫退火，形成p型電極，完成器件制作。
實施例六，本發(fā)明器件的制作包括材料生長和器件制作兩個步驟。 其中材料生長步驟與實施例一相同，如圖2所示。 器件制作如圖3所示，具體步驟如下
第一步，在p型GaN冒層上光刻出一圓形窗口，采用R正刻蝕窗口區(qū)至p型AlGaN勢壘層，形成圓柱體的出光窗口A。
(1) 在樣片表面涂上光刻膠，在轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min的甩膠臺上進行甩膠，然
后在9(TC的烘箱中烘15min，通過光刻以及顯影形成刻蝕所需的出光窗口；
(2) 采用R正干法刻蝕p型GaN層至p型AlGaN勢壘層，刻蝕深度^135nm， 刻蝕采用的氣體為C12/BC13，刻蝕采用的電極功率為400W，偏壓為550V，壓力為 5mT，刻蝕時間為100s，形成底部在p型AlGaN勢壘層的圓柱體出光窗口 A。
第二步，在n型SiC襯底的背面光刻出n型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝， 在電極圖形區(qū)蒸發(fā)n型歐姆接觸金屬，形成n型電極。
(1) 為了更好地剝離金屬，首先在樣片上甩黏附劑，轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/min，時 間為30s，在溫度為160'C的高溫烘箱中烘20min;然后再在該樣片上甩正膠，轉(zhuǎn)速 為5000轉(zhuǎn)/min，最后在溫度為8(TC的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得n型電極圖形；
(2) 采用DQ-500等離子體去膠機去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，該步 驟大大提高了剝離的成品率，而后采用VPC-1000電子束蒸發(fā)設(shè)備淀積Ni/Au兩層 金屬；
(3) 在丙酮中浸泡40min以上后進行超聲處理，然后用氮氣吹干；
(4) 將樣片放入到快速退火爐中，首先向退火爐內(nèi)通入氮氣10min左右，然 后在氮氣氣氛下，溫度為100(TC條件下進行55s的高溫退火，形成n型電極。
第三步，在p型GaN冒層上光刻出p型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在
電極圖形區(qū)蒸發(fā)p型歐姆接觸金屬，形成p型電極。
(1) 首先在樣片上甩黏附劑，甩膠臺的轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/min,時間為30s，將其
放入溫度為160。C的高溫烘箱中烘20min;之后再在該樣片上甩正膠，甩膠臺的轉(zhuǎn) 速為5000轉(zhuǎn)/min，放入溫度為8(TC的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得p型電極圖形；
(2) 采用DQ-500等離子體去膠機去除圖形區(qū)未顯影干凈的光刻膠薄層，在p 型電極圖形上采用VPC-1100電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)Ni/Au兩層金屬來作為p型電極；
(3) 將進行完上述處理的樣片放入丙酮中浸泡20min以上后進行超聲處理， 然后用氮氣吹干，之后再將該樣片放入到快速退火爐中，在空氣氣氛下，溫度為 56(TC條件下進行10min的高溫退火，形成p型電極，完成器件制作。
權(quán)利要求
1.一種SiC襯底上的多量子阱紫外LED器件，包括AlN成核層、本征AlGaN外延層、n型AlGaN勢壘層、有源區(qū)、p型AlGaN勢壘層、低Al組分p型AlGaN層和p型GaN冒層，其特征在于p型GaN冒層的中心刻蝕有柱體狀窗口區(qū)(A)，用于改變出射光的路徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱紫外LED器件，其特征在于A1N成核層分 為兩層，第一層是500'C-60(TC的低溫成核層，第二層是900'C-IOOO'C的高溫成核 層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱紫外LED器件，其特征在于窗口區(qū)(A) 的底部位于p型AlGaN勢壘層厚度的四分之三處。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱紫外LED器件，其特征在于窗口區(qū)(A) 的深度與寬度的比例為l: 1000。
5. —種SiC襯底上多量子阱紫外LED器件的制作方法，包括I. 材料生長步驟在SiC基片上，利用MOCVD工藝，依次生長低溫A1N成 核層、高溫A1N成核層、AlGaN外延層、n-AlGaN勢壘層、有源區(qū)、40%-60%的高 Al組分p型AlGaN勢壘層、10%-25%的低Al組分p型AlGaN層和p型GaN層；II. 器件制作步驟1) 先光刻出位于p型GaN冒層的圓形窗口，再采用氯基ICP工藝刻蝕窗口區(qū) 至p型AlGaN勢壘層，形成圓柱體的出光窗口，其刻蝕工藝參數(shù)分別為 240W-600W的上電極功率，0-80V的偏壓，l-3Pa的壓力、100-180s的刻蝕時間；2) 在n型SiC的背面光刻出n型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在電極圖 形區(qū)蒸發(fā)n型歐姆接觸金屬，形成n型電極；3) 在p型GaN冒層光刻出p型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在電極圖 形區(qū)蒸發(fā)p型歐姆接觸金屬，形成p型電極，完成器件制作。
6. —種SiC襯底上多量子阱紫外LED器件的制作方法，包括I. 材料生長步驟在SiC基片上，利用MOCVD工藝，依次生長低溫A1N成 核層、高溫A1N成核層、AlGaN外延層、n-AlGaN勢壘層、有源區(qū)、40%-60%的高 Al組分p型AlGaN勢壘層、10%-25%的低Al組分p型AlGaN層和p型GaN層；II. 器件制作步驟1) 在p型GaN冒層中心先光刻出圓形窗口，再采用氯基R正工藝刻蝕窗口區(qū) 至p型AlGaN勢壘層，形成圓柱體的出光窗口，其刻蝕工藝參數(shù)分別為 150W-400W的電極功率，230-550V的偏壓，5-10mT的反應(yīng)室壓力，100-240s的刻 蝕時間；2) 在n型SiC的背面光刻出n型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在窗口區(qū) 蒸發(fā)n型歐姆接觸金屬，形成n型電極；3) 在p型GaN冒層光刻出p型電極的圖形，采用電子束蒸發(fā)工藝，在窗口區(qū) 蒸發(fā)p型歐姆接觸金屬，形成p型電極，完成器件制作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SiC襯底上的多量子阱紫外LED器件及其制作方法，它涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，主要解決了紫外LED出光效率低的問題。該器件自下而上依次包括低溫AlN成核層、高溫AlN成核層、本征AlGaN外延層、n-AlGaN勢壘層、有源區(qū)、p-AlGaN勢壘層、低Al組分p型AlGaN層、p型GaN冒層，以及在p型GaN冒層設(shè)有的窗口區(qū)(A)。該器件通過干法刻蝕p-GaN冒層至電子勢壘層p-AlGaN，形成了圓柱狀的出射光窗口，改變了出射光的路徑，大大減少了光在傳播過程中的損耗。本發(fā)明具有光的出射效率高，工藝簡單，成本低，重復性好，可靠性高的優(yōu)點，可用于水處理，醫(yī)療、生物醫(yī)學場合以及白光照明中等不同領(lǐng)域。
文檔編號H01L33/00GK101515616SQ20091002176
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者周小偉, 李培咸, 凌 楊, 躍 郝, 馬曉華 申請人:西安電子科技大學