專利名稱：藍(lán)寶石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(dǎo)體器件，特別是一種新型AlGaN基多量 子阱的uv-LED器件的實(shí)現(xiàn)方法，可用于水處理、醫(yī)療與生物醫(yī)學(xué)以及白光照明領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
m-v族化合物半導(dǎo)體材料作為第三代半導(dǎo)體材料的杰出代表，具有很多優(yōu)良的
特性，尤其是在光學(xué)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(diǎn)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(dāng)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(lán)綠光LED 取得了突破性的進(jìn)展，目前高亮度藍(lán)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(qiáng)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(diǎn)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(hù)、白光照明以 及軍事探測等領(lǐng)域都有重大應(yīng)用價(jià)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(xué)實(shí)現(xiàn)，他們 在藍(lán)寶石襯底上制出了波長285nm的LED， 20C^x200p芯片在400mA脈沖電流下功 率為0.15mW，改進(jìn)p型和n型接觸電阻后，最大功率達(dá)到0.25mW。參見文獻(xiàn)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(jìn)展，依次實(shí)現(xiàn)了 280nm、 269nm、 265nm的發(fā)光波長，LED最大功率超過lmW。參見文獻(xiàn)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100^xl00pm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(dá)到 24mW，最大外量子效率0.35% 。參見文獻(xiàn)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 250nm的LED, 200px20(Hi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(xiàn)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(xué)、堪薩斯大學(xué)也在深紫外特別是280-290nm波段取得了 較大進(jìn)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(kuò)展，倒裝焊結(jié)構(gòu)提高LED 的散熱能力，制出了 lmmxlmm大功率紫外LED,發(fā)光波長290nm, 300mA直流下 的發(fā)光功率達(dá)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(xué)又研制出250和255nm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(dá) 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(xiàn)V Adivarahan, W H Sun, 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(xué)在231-261nm波段的深紫外LED的研究取得了進(jìn)一步的 進(jìn)展，由于采用脈沖生長A1N緩沖層，進(jìn)一步減少了 A1N層的位錯缺陷密度，從而
5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(dá)到1.65mW禾卩0.23%。參見文獻(xiàn)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): 071卯1-1.
縱上所述，當(dāng)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(yán)重影響了出射光功率以及外量子效率。目前主要是改變p型電極的結(jié)構(gòu)， 以及器件的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有底部出光的技術(shù)目前還存在很大的缺點(diǎn)， 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AIN緩沖層的結(jié)晶 質(zhì)量都較差，造成材料的非輻射復(fù)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(yán)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(diǎn)，提出一種可靠性高、成本低、工藝簡 單的藍(lán)寶石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。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的藍(lán)寶石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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下兩種制作藍(lán)寶石襯底上的多量子阱紫外LED 器件的方法。
技術(shù)方案l，制作藍(lán)寶石襯底上的多量子阱紫外LED器件的方法，包括如下 步驟
材料生長步驟在藍(lán)寶石基片上，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%的高八1 組分p型AlGaN勢壘層、10%-25%的低Al組分p型AlGaN層和p型GaN層；
器件制作步驟1) 采用ICP或者R正工藝從頂部p型GaN冒層刻蝕至n型AlGaN層，形成n 型AlGaN臺面；
2) 先光刻出位于p型GaN冒層的圓形窗口，再采用氯基ICP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 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；
3) 在n型AlGaN臺面上光刻出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；
4) 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，制作藍(lán)寶石襯底上的多量子阱紫外LED器件的方法，包括如下步驟 材料生長步驟在藍(lán)寶石基片上，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%的高八1 組分p型AlGaN勢壘層、10%-25%的低Al組分p型AlGaN層和p型GaN層； 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) 采用ICP或者R正工藝從頂部p型GaN冒層刻蝕至n型AlGaN層，形成n 型AlGaN臺面；
3) 在n型AlGaN臺面上光刻出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；
4) 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(diǎn)
(1) 本發(fā)明由于通過刻蝕p-GaN冒層至p型AlGaN阻擋層，形成出圓柱體狀 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)明的制作工藝完全能與成熟的藍(lán)光GaN基LED器件制備工藝兼容， 特別是p型AlGaN表面經(jīng)過刻蝕粗化后，有效的提高了光的出射功率。(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(jìn)AlGaN基多量子阱紫外 LED的實(shí)用化進(jìn)程。


圖1是本發(fā)明器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明材料生長的工藝流程圖3是本發(fā)明器件方案1的制作工藝流程圖4是本發(fā)明器件方案2的制作工藝流程圖。
參照圖1，本發(fā)明器件的最下層為藍(lán)寶石襯底，藍(lán)寶石襯底上為低溫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AlxGai.xN/AlyGa.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。
實(shí)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，在藍(lán)寶石基片上，利用MOCVD工藝，生長低溫A1N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28nmol/min的鋁源，生長厚度為5nm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28pmol/min的鋁源，生長厚度為200nm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1500sccm，向反應(yīng)室通入流量為50pmol/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60pmol/min的鋁源、70|imol/min的鎵源以及 l-3pmol/min的Si源，生長厚度為700nm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AlxGai-xN/AlyGai-yN層，(x<y)。 生長溫度保持在1050°C，保持生長壓力120Torr，氫氣流量為1500sccm，氨氣流 量1500sccm，向反應(yīng)室同時通入流量為65pmol/min的鋁源和80pmol/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70Torx， 氫氣流量為1500sccm，氨氣流量1500sccm，向反應(yīng)室同時通入流量為80(xmol/min的 鋁源，65pmol/min的鎵源，生長厚度為2-10nm的AlyGai.yN勢壘層，量子阱的周期 為3-5個。
步驟6，在多量子阱AlxGai-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IOO(TC，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110pmol/min的鋁源、80^mol/min的鎵源， 以及3-5nmol/min的Mg源，生長厚度為65nm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IOO(TC,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、120nmol/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950。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65pmol/min的鎵源，以及3-5pmol/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
第一步，在p型GaN冒層上采用ICP或者RIE工藝刻蝕臺面至n型AlGaN層。 采用電子束蒸發(fā)設(shè)備淀積厚度約為300nm的Si02層來作為刻蝕掩模層。由于對
于AlGaN材料的刻蝕速率較慢，增加該步驟是為了在樣片上形成Si02和光刻膠共同
起作用的雙層掩膜圖形，更有利于保護(hù)未刻蝕區(qū)域表面；
對樣片甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min，然后再在溫度為9(TC的烘箱中烘15min，通過光刻以及顯影形成刻蝕所需的圖形；
采用ICP干法刻蝕，形成臺面，刻蝕時采用的電極功率為550W，偏壓為110V, 壓力為1.5Pa，刻蝕時間為400s;
采用丙酮去除刻蝕后的正膠，然后在BOE中浸泡lmin去除Si02掩膜，最后用 去離子水清洗干凈并用氮?dú)獯蹈?，除去刻蝕后的掩膜層。
第二步，在p型GaN冒層上光刻出一圓形窗口，采用ICP 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A。
對樣片甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min，然后再在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 ；
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。
第三步，在n型AlGaN層上光刻出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。
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8(TC的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得n型電極圖形；
采用DQ-500等離子體去膠機(jī)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Ti/Al/Ti/Au四層金屬；
在丙酮中浸泡40min以上后進(jìn)行超聲處理，然后用氮?dú)獯蹈伞悠湃氲娇焖?退火爐中，首先向退火爐內(nèi)通入氮?dú)?0min左右，然后在氮?dú)鈿夥障?，溫度?7(TC 條件下進(jìn)行40s的高溫退火，形成n型電極。
第四步，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。
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；
采用DQ-500等離子體去膠機(jī)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；
將進(jìn)行完上述處理的樣片放入丙酮中浸泡20min以上后進(jìn)行超聲"處理，然后用氮
10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(jìn)行10min的高溫退火，形成p型電極，完成器件制作。
實(shí)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(shí)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冒層上采用ICP或者RIE工藝刻蝕臺面至n型AlGaN層。
采用電子束蒸發(fā)設(shè)備淀積厚度約為300nm的&02層來作為刻蝕掩模層。由于對 于AlGaN材料的刻蝕速率較慢，增加該步驟是為了在樣片上形成Si02和光刻膠共同 起作用的雙層掩膜圖形，更有利于保護(hù)未刻蝕區(qū)域表面；
對樣片甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min，然后再在溫度為9CTC的烘箱中烘15min， 通過光刻以及顯影形成刻蝕所需的圖形；
采用ICP干法刻蝕，形成臺面，刻蝕時采用的電極功率為550W,偏壓為110V， 壓力為1.5Pa，刻蝕時間為400s;
采用丙酮去除刻蝕后的正膠，然后在BOE中浸泡lmin去除Si02掩膜，最后用 去離子水清洗干凈并用氮?dú)獯蹈?，除去刻蝕后的掩膜層。
第二步，在p型GaN冒層上光刻出一圓形窗口，采用ICP 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 A。
對樣片甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min，然后再在9CTC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； '
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。
第三步，在n型AlGaN層上光刻出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。
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；
采用DQ-500等離子體去膠機(jī)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Ti/Al/Ti/Au四層金屬；
在丙酮中浸泡40min以上后進(jìn)行超聲處理，然后用氮?dú)獯蹈?。將樣片放入到快速退火爐中，首先向退火爐內(nèi)通入氮?dú)?0min左右，然后在氮?dú)鈿夥障拢瑴囟葹?70'C 條件下進(jìn)行40s的高溫退火，形成n型電極。
第四步，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。
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8CTC的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得p型電極圖形；
采用DQ-500等離子體去膠機(jī)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；
將進(jìn)行完上述處理的樣片放入丙酮中浸泡20min以上后進(jìn)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(jìn)行10min的高溫退火，形成p型電極，完成器件制作。
實(shí)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(shí)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冒層上采用ICP或者RIE工藝刻蝕臺面至n型AlGaN層。
采用電子束蒸發(fā)設(shè)備淀積厚度約為300nm的Si02層來作為刻蝕掩模層。由于對 于AlGaN材料的刻蝕速率較慢，增加該步驟是為了在樣片上形成Si02和光刻膠共同 起作用的雙層掩膜圖形，更有利于保護(hù)未刻蝕區(qū)域表面；
對樣片甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min，然后再在溫度為卯"C的烘箱中烘15min， 通過光刻以及顯影形成刻蝕所需的圖形；
采用ICP干法刻蝕，形成臺面，刻蝕時采用的電極功率為550W,偏壓為IIOV， 壓力為L5Pa，刻蝕時間為400s;
采用丙酮去除刻蝕后的正膠，然后在BOE中浸泡lmin去除Si02掩膜，最后用 去離子水清洗干凈并用氮?dú)獯蹈?，除去刻蝕后的掩膜層。
第二步，在p型GaN冒層上光刻出一圓形窗口，采用ICP 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A。
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 ；
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600W，偏壓為OV，壓力為3Pa，刻 蝕時間為100s，形成圓柱體的出光窗口。
第三步，在n型AlGaN層上光刻出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。
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；
采用DQ-500等離子體去膠機(jī)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Ti/Al/Ti/Au四層金屬；
在丙酮中浸泡40min以上后進(jìn)行超聲處理，然后用氮?dú)獯蹈伞悠湃氲娇焖?退火爐中，首先向退火爐內(nèi)通入氮?dú)?0min左右，然后在氮?dú)鈿夥障?，溫度?70。C 條件下進(jìn)行40s的高溫退火，形成n型電極。
第四步，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。
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；
采用DQ-500等離子體去膠機(jī)去除圖形區(qū)未顯影千凈的光刻膠薄層，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；
將進(jìn)行完上述處理的樣片放入丙酮中浸泡20min以上后進(jìn)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(jìn)行10min的高溫退火，形成p型電極，完成器件制作。
實(shí)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(shí)施例一相同，如圖2所示。 器件制作如圖4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正二次刻蝕窗口區(qū)至p
型AIGaN勢壘層，形成圓柱體的出光窗口A。
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(jìn)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；
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CiyBCl3，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。
第二步，在p型GaN冒層上采用ICP或者RIE工藝刻蝕臺面至n型AlGaN層。
采用電子束蒸發(fā)設(shè)備淀積厚度約為300nrn的Si02層來作為刻蝕掩模層。由于對 于AlGaN材料的刻蝕速率較慢，增加該步驟是為了在樣片上形成Si02和光刻膠共同 起作用的雙層掩膜圖形，更有利于保護(hù)未刻蝕區(qū)域表面；
對樣片甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min，然后再在溫度為9(TC的烘箱中烘15min， 通過光刻以及顯影形成刻蝕所需的圖形；
采用ICP干法刻蝕，形成臺面，刻蝕時采用的電極功率為550W，偏壓為110V， 壓力為1.5Pa，刻蝕時間為400s;
采用丙酮去除刻蝕后的正膠，然后在BOE中浸泡lmin去除Si02掩膜，最后用 去離子水清洗干凈并用氮?dú)獯蹈?，除去刻蝕后的掩膜層。
第三步，在n型AlGaN層上光刻出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。
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16CTC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；
采用DQ-500等離子體去膠機(jī)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Ti/Al/Ti/Au四層金屬；
在丙酮中浸泡40min以上后進(jìn)行超聲處理，然后用氮?dú)獯蹈伞悠湃氲娇焖?退火爐中，首先向退火爐內(nèi)通入氮?dú)?0min左右，然后在氮?dú)鈿夥障拢瑴囟葹?7(TC 條件下進(jìn)行40s的高溫退火，形成n型電極。
第四步，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。
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；
采用DQ-500等離子體去膠機(jī)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；
將進(jìn)行完上述處理的樣片放入丙酮中浸泡20min以上后進(jìn)行超聲處理，然后用氮?dú)獯蹈?，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(jìn)行10min的高溫退火，形成p型電極，完成器件制作。
實(shí)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(shí)施例一相同，如圖2所示。 器件制作如圖4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A。
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(jìn)行甩膠，然后在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；
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 。
第二步，在p型GaN冒層上采用ICP或者RIE工藝刻蝕臺面至n型AlGaN層。
采用電子束蒸發(fā)設(shè)備淀積厚度約為300nm的&02層來作為刻蝕掩模層。由于對 于AlGaN材料的刻蝕速率較慢，增加該步驟是為了在樣片上形成Si02和光刻膠共同 起作用的雙層掩膜圖形，更有利于保護(hù)未刻蝕區(qū)域表面；
對樣片甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min，然后再在溫度為卯"的烘箱中烘15min， 通過光刻以及顯影形成刻蝕所需的圖形；
采用ICP干法刻蝕，形成臺面，刻蝕時采用的電極功率為550W，偏壓為110V， 壓力為1.5Pa，刻蝕時間為400s;
采用丙酮去除刻蝕后的正膠，然后在BOE中浸泡lmin去除Si02掩膜，最后用 去離子水清洗干凈并用氮?dú)獯蹈?，除去刻蝕后的掩膜層。
第三步，在n型AlGaN層上光刻出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。
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20rnin;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；
采用DQ-500等離子體去膠機(jī)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Ti/Al/Ti/Au四層金屬；
在丙酮中浸泡40miii以上后進(jìn)行超聲處理，然后用氮?dú)獯蹈?。將樣片放入到快?br> 15退火爐中，首先向退火爐內(nèi)通入氮?dú)?0min左右，然后在氮?dú)鈿夥障拢瑴囟葹?70'C
條件下進(jìn)行40s的高溫退火，形成n型電極。
第四步，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。
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16CrC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；
釆用DQ-500等離子體去膠機(jī)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；
將進(jìn)行完上述處理的樣片放入丙酮中浸泡20min以上后進(jìn)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(jìn)行10min的高溫退火，形成p型電極，完成器件制作。
實(shí)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(shí)施例一相同，如圖2所示。 器件制作如圖4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A。
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(jìn)行甩膠，然后在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；
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。
第二步，在p型GaN冒層上采用ICP或者R正工藝刻蝕臺面至n型AlGaN層。
采用電子束蒸發(fā)設(shè)備淀積厚度約為300nm的Si02層來作為刻蝕掩模層。由于對 于AlGaN材料的刻蝕速率較慢，增加該步驟是為了在樣片上形成Si02和光刻膠共同 起作用的雙層掩膜圖形，更有利于保護(hù)未刻蝕區(qū)域表面；
對樣片甩正膠，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min，然后再在溫度為90'C的烘箱中烘15min, 通過光刻以及顯影形成刻蝕所需的圖形；
采用ICP干法刻蝕，形成臺面，刻蝕時采用的電極功率為550W，偏壓為110V, 壓力為1.5Pa，刻蝕時間為400s;采用丙酮去除刻蝕后的正膠，然后在BOE中浸泡lmin去除Si02掩膜，最后用 去離子水清洗干凈并用氮?dú)獯蹈桑タ涛g后的掩膜層。
第三步，在n型AlGaN層上光刻出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。
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8(TC的高溫烘箱中烘10min，光刻獲得n型電極圖形；
采用DQ-500等離子體去膠機(jī)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Ti/Al/Ti/Au四層金屬；
在丙酮中浸泡40min以上后進(jìn)行超聲處理，然后用氮?dú)獯蹈?。將樣片放入到快?退火爐中，首先向退火爐內(nèi)通入氮?dú)?0min左右，然后在氮?dú)鈿夥障?，溫度?7(TC 條件下進(jìn)行40s的高溫退火，形成n型電極。
第四步，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。
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；
采用DQ-500等離子體去膠機(jī)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；
將進(jìn)行完上述處理的樣片放入丙酮中浸泡20min以上后進(jìn)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(jìn)行10min的高溫退火，形成p型電極，完成器件制作。
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)寶石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50(TC-60(TC的低溫成核層，第二層是90(TC-IOO(TC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. —種藍(lán)寶石襯底上多量子阱紫外LED器件的制作方法，包括I. 材料生長步驟在藍(lán)寶石基片上，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) 采用ICP或者R正工藝從頂部p型GaN冒層刻蝕至n型AlGaN層，形成n 型AlGaN臺面；2) 先光刻出位于p型GaN冒層的圓形窗口，再采用氯基ICP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 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；3) 在n型AIGaN臺面上光刻出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；4) 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. —種藍(lán)寶石襯底上多量子阱紫外LED器件的制作方法，包括I.材料生長步驟在藍(lán)寶石基片上，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) 采用ICP或者R正工藝從頂部p型GaN冒層刻蝕至n型AlGaN層，形成n 型AlGaN臺面；3) 在n型AlGaN臺面上光刻出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；4) 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)明公開了一種藍(lán)寶石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)明由于采用干法刻蝕窗口區(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(jìn)一步提高了出射光的出射效率，且工藝簡單，成本低，重復(fù)性好，可靠性高，本發(fā)明可用于水處理，醫(yī)療、生物醫(yī)學(xué)場合以及白光照明中。
文檔編號H01L33/00GK101515618SQ200910021779
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(xué)