一种双面发光深紫外二极管外延片、芯片的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件技术领域，尤其是一种双面发光深紫外二极管外延片、芯片的制备方法。
【背景技术】
[0002]相比于传统的紫外发光技术，如紫外线低压汞灯，基于半导体AlGaN材料的紫外发光二极管具有多方面的优势，具体如:寿命长，可高达5万小时以上；无须预热时间，反应速度很快(约在10-9秒)；发光谱线纯净，一般发光峰的FWHM可控制在15nm以内；体积小，可靠性高，容易制成极小或阵列式器件；适合批量生产；为固体光源，无须用到汞等对环境极不友好的材料，是一种绿色污染的新型紫外光源。因此，AlGaN基半导体深紫外发光二极管在很多领域有着重大的应用潜力，如固化、医疗卫生、杀菌消毒、通过紫外线激发荧光粉获取尚品质白光等。
[0003]然而，目前AlGaN基紫外发光二极管的发光效率还比较低，特别是波长短于320nm的紫外发光二极管(UV-LED)的发光效率普遍在1%以下，内量子效率普遍低于10%。造成上述现象的主要原因有几个方面:一方面是由于材料的晶体质量所引起的，AlGaN材料的缺陷密度较高，造成内量子效率的低下；另一方面则是由器件制备工艺和电极材料选择导致的。在LED的器件典型制备过程中，都需要用到刻蚀以制备电极，而刻蚀往往会给AlGaN材料带来损伤。众所周知，对于GaN材料，刻蚀损伤造成的N空位以浅能级施主出现，反而使得费米能级向导带靠近，从而比较容易获得欧姆接触电极。不同于GaN材料，AlGaN材料，特别是高A1组分的AlGaN材料在等离子刻蚀后，N空位不再是浅能级施主，而是作为深能级缺陷存在，会使费米能级远离导带，从而使得欧姆接触电极的制备比较困难，导致AlGaN基LED的开启电压增加；另外一方面，大多数材料对于紫外线特别是深紫外线存在强烈吸收，目前在AlGaN基LED普遍使用的Ti/Al/Ti/Au等电极材料正是如此，同时，由于AlGaN材料的掺杂效率较低，因此，一般电极尺寸相对较大，从而使得LED的出光效率进一步降低。
[0004]对于上述由于器件制备工艺和电极材料选择引起的问题，目前国际上仍未有相应的系统解决方案，一般仍然采用刻蚀后直接蒸镀电极的方式，而电极材料也普遍为Ti/Al/Ti/Au 等。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种双面发光深紫外二极管外延片、芯片的制备方法。该方法改善了芯片制备过程中刻蚀所带来的材料损伤并提高了深紫外发光二极管的出光效率。
[0006]本发明的技术方案为:一种双面发光深紫外二极管外延片、芯片的制备方法，该外延片、芯片包括衬底以及依次层叠于衬底上的低温A1N成核层、高温A1N本征层、本征AlxGai XN 层、η 型 AlxGai XN 层、AlyG&1 yN/AlzGai ZN 多量子阱层、p 型 A1UG&1 UN 电子阻挡层、p型AlxGai…层；该外延片、芯片的制备方法，其步骤:(1)在衬底上，利用M0CVD工艺，将所述衬底温度降低为600°C，生长低温A1N成核层；(2)在所述低温A1N成核层上，将生长温度升高到1300°C，生长高温A1N本征层；(3)在所述高温A1N本征层上，将生长温度保持在1150°C，生长本征AlxGai XN层；(4)在所述本征AlxGai XN层上，将生长温度保持在1150 °C，生长η型AlxGai XN层；(5)在所述η型AlxGai XN层层上，将生长温度在1050°C，生长AlyG&1 yN/AlzGai ZN多量子阱层；(6)将生长温度保持在1050°C，在所述AlyGai ΥΝ/Α1Ζ6&1 ZN多量子阱层上，生长P型AluGai UN电子阻挡层；(7)将生长温度保持在1050°C，在所述ρ型A1UG&1 UN电子阻挡层上生长P型AlxGai少层，形成双面发光深紫外二极管外延片外延片；⑶将温度降温至800°C对所述外延片在N2环境下进行退火；(9)刻蚀所述双面发光深紫外二极管外延片、芯片至η型AlxGa: XN层；(10)取出所述外延片，并在η型AlxGa: XN层台面上光刻出η型电极的图形，然后在η型电极图形区沉积金属层，并在快速退火时形成η型电极；(11)在所述外延片的Ρ型AlxGai XN层上先蒸镀一层高反射率的DBR材料，然后沉积ρ型电极。
[0007]所述衬底为蓝宝石、碳化硅或A1N。
[0008]所述高温A1N本征层的厚度为0.3-100微米。
[0009]所述本征AlxGai XN层的A1组分为0_100%，厚度为0.1_10微米。
[0010]所述η型AlxGai XN层的A1组分为0-100%，厚度为0.1_10微米。
[0011]所述AlyG&1 yN/AlzGai ZN多量子阱层的A1组分为0-100 %，厚度为1-500纳米。
[0012]所述AlyGai yN/AlzGai ZN多量子阱层的势皇层厚度为5?20nm，势阱层厚度为2?5nm，量子阱的周期为5?20个。
[0013]所述ρ型A1UG&1 UN电子阻挡层的A1组分为0-100%，厚度为l_200nm。
[0014]所述ρ型AlxGai XN层的厚度为50-500纳米。
[0015]所述外延片的η型AlxGa: XN层上方设有η电极，所述外延片的ρ型AlxGa: XN层上方设有反光层DBR，然后沉积ρ电极。
[0016]本发明的优点在于:本发明提供的外延片和芯片选择采用具有高紫外光反射性的A1材料作为电极材料，不但可以部分消除受主型A1阳离子空位缺陷，还可将大部分紫外光反射回去。本发明提供的双面发光深紫外二极管外延片芯片的制备方法，外延片通过在合适条件下在N2+NH3气氛退火，可部分消除N空位缺陷，从而降低芯片开启电压。
【附图说明】
[0017]图1为本发明一种双面发光深紫外二极管外延片结构示意图；
[0018]图2为本发明一种双面发光深紫外二极管芯片结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]—种双面发光深紫外二极管外延片、芯片的制备方法，该外延片、芯片包括:衬底，设置在所述衬底上的低温A1N成核层，设置在所述低温A1N成核层上的高温A1N本征层，设置在所述高温A1N本征层上的本征AlxGa: XN层，设置在所述本征AlxGa: XN层上的n-AlxGai XN层，设置在所述η型AlxGai XN层上的AlyG&1 ΥΝ/Α1Ζ6&1 ZN多量子阱层、设置在所述AlyGai yN/AlzGai ZN多量子阱层上的ρ型A1UG&1 UN电子阻挡层、设置在所述ρ型A1UG&1 UN电子阻挡层上的P型AlxGai XN层。
[0020]进一步地，所述衬底为蓝宝石、碳化硅或A1N。
[0021]进一步地，所述高温A1N本征层的厚度为0.3-100微米。
[0022]进一步地，所述本征AlxGai XN层的A1组分为0_100%，厚度为0.1_10微米。
[0023]进一步地，所述η型AlxGai XN层的A1组分为0-100%，厚度为0.1_10微米。
[0024]进一步地，所述AlyG&1 yN/AlzGai ZN多量子阱层的A1组分为0-100%，厚度为1_500纳米。
[0025]进一步地，所述AlyGai yN/AlzGai ZN多量子阱层的势皇层厚度为12nm，势阱层厚度为3nm，量子讲的周期为10个。
[0026]进一步地，所述ρ型A1UG&1 UN电子阻挡层的A1组分为0_100%，厚度为1-200纳米。
[0027]进一步地，所述ρ型AlxGa: XN层的厚度为50-500纳米。
[0028]—种双面发光深紫外二极管外延片芯片，包括所述外延片，所述外延片的η型AlxGai XN层上方设有η电极，所述外延片的ρ型AlxGai XN层上方设有ρ电极。
[0029]实施例1:
[0030]如图1所示，本实施例提供一种双面发光深紫外二极管外延片，包括:衬底101，设置在衬底101上的低温Α1Ν成核层102，设置在低温Α1Ν成核层102上的高温Α1Ν本征层103，设置在高温Α1Ν本征层103上的本征AlxGai少层104，设置在本征AlxGai…层104上的η 型 AlxGai XN 层 105，设置在 η 型 AlxGai XN 层 105 上的 AlyG&1 ΥΝ/Α1Ζ6&1 ZN 多量子阱层 106、设置在AlyGai yN/AlzGai ZN多量子阱层106上的ρ型A1UG&1 UN电子阻挡层107、设置在ρ型AluGai UN电子阻挡层107上的ρ型AlxGai XN层108。
[0031]本实施例中，衬底101为蓝宝石、碳化硅或A1N;低温A1N成核层102的厚度为20nm;高温A1N本征层103的厚度在0.3-100微米之间，优选地，厚度为lOOOnm ;本征AlxGai…层104的A1组分为0-100%，厚度在0.1-10微米之间，优选地，厚度为300nm ;n型AlxGai XN层105的A1组分为0-100 %，厚度在0.1-10微米之间，优选地，厚度为2500nm ；AlyGai yN/AlzGai ZN多量子阱层106的A1组分为0-1