一种硅衬底深紫外发光二极管外延芯片结构及制备方法
一种硅衬底深紫外发光二极管外延芯片结构及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件技术领域，尤其是一种硅衬底深紫外发光二极管的外延结构、芯片结构以及其制备方法。
【背景技术】
[0002]AlGaN(氮化镓招)材料的深紫外发光二极管(Light Emitting D1de，LED)，由于其具有寿命长、预热时间短、光谱纯净(发光峰的半波宽在15nm以内)、体积小、可靠性高等优势，被认为是取代紫外线低压汞灯等含汞光源的最佳光源。因此，将AlGaN基深紫外LED应用在医疗卫生、杀菌消毒等领域有巨大潜力，也成为了研究热点。
[0003]但目前AlGaN深紫外LED的发光效率还非常低。特别是波长短于320nm(纳米)的紫外LED，其普遍的光电转换效率在10%以下。其主要原因在于光提取效率偏低，也就是说LED发光区发出的光不能有效地被导出LED器件。一般来说，光提取效率低的原因有两点:1)常见的深紫外LED只能在A1N(氮化铝)或者蓝宝石的平面衬底上生长(不能在图形化衬底上进行外延)，制作成平面结构或者倒装结构的芯片。2)在制备LED的过程中，由于衬底未被剥离，绝大部分紫外光会从芯片的侧面出光，不能被充分的利用。
[0004]当然，现在也有能够解决以上问题的技术方案，如，制作表面粗化的垂直芯片，然而由于缓冲层材料的差异以及金属A1(铝)相对金属Ga(镓)的高熔点等原因，目前成熟的激光剥离技术难以应用于制备AlGaN基垂直结构深紫外LED。故，如何采用一种简单有效的方法制备AlGaN基垂直结构深紫外LED成为了一个亟需解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]为了克服以上缺点，本发明提供了一种硅衬底深紫外发光二极管的外延芯片结构及制备方法，其有效解决了现有的AlGaN深紫外LED发光效率低的问题。
[0006]本发明提供的技术方案如下:
[0007]—种硅衬底深紫外发光二极管的外延结构，所述外延结构在硅衬底上从下到上依次生长:A1N缓冲层、AlxGai—XN缓冲层、非掺杂AlyGai—yN层、η型AlzGai—ZN层、多量子阱AluGai—UN/ Al vGai—VN 层、p?AlwGai—WN 层、P 型 AlmGai—mN 层以及p 型 GaN接触层，其中，所述 x、y、z、u、v 以及m的取值范围都为0.01?0.99，所述w的取值范围为0.2?0.99。
[0008]进一步优选地，所述外延结构的生长过程在金属有机物化学气相沉积、分子束外延或氢化物气相外延设备中进行。
[0009]进一步优选地，所述硅衬底为纯硅衬底或者加入掺杂的硅衬底。
[0010]和/或，
[0011]所述A1N缓冲层的厚度范围为1?lOOOnm(纳米)，生长温度范围为800?1500°C。
[0012]进一步优选地，所述AlxGai—xN缓冲层的厚度范围为1?lOOOnm、生长温度范围为800?1500°C(摄氏度)，且所述AlxGai—XN缓冲层中A1组分x范围为0.01?0.99，；
[0013]和/或，
[0014]所述非掺杂AlyGai—yN层的厚度范围为0.1?10um、生长温度为800?1500°C，且所述非掺杂AlyGai—yN层中A1组分y的范围为0.01?0.99。
[0015]进一步优选地，所述η型AlzGai—ZN层中掺杂浓度范围为1E17?lE20cm—3的S1、C或者Ge元素，且所述η型AlzGai—ZN层中A1组分z的范围为0.01?0.99，所述η型AlzGai—ZN层的厚度范围为0.1?10um、生长温度范围为800?1500°C;
[0016]和/或，
[0017]在所述多量子阱AluGai—uN/AlvGai—vN层中:势阱层AluGai—UN的厚度范围为1?10nm、势皇层AlvGaiiN的厚度范围为4?40nm以及多量子阱的周期数为1?15。
[0018]进一步优选地，在所述多量子阱AluGa^N/AlvGaiiN层中:所述多量子阱AluGa1-uN/AlvGai—VN层的生长温度范围为800?1500°C，所述势阱层AluGai—UN中Al组分u的范围为0.01?0.99，所述势皇层AlvGai—VN的A1组分V的范围为0.01?0.99，且所述势皇层AlvGai—VN中的A1组分V大于所述势讲层AluGa1-uN中A1组分U。
[0019]进一步优选地，所述p型AlwGai—WN层中掺杂浓度范围为1E18?lE21cm—3Mg或Be元素，其中包含的Al组分w的范围为0.2?0.99;且所述p型AlwGaiiN层的厚度范围为1?lOOnm、生长温度范围为800?1500°C;
[0020]和/或，
[0021]所述P型AlmGai—mN层中掺杂浓度范围为1E18?lE21cm—3的Mg或Be元素，其中包含的A1组分m的范围为0.01-0.99;且所述P型AlmGai—mN层的厚度范围为10?lOOOnm，生长温度范围为800 ?1500°C;
[0022]和/或，
[0023]所述p型GaN接触层中掺杂浓度范围为1E18?lE21cm—3的Mg或Be元素，且所述P型GaN接触层的厚度范围为1?lOOnm，生长温度为400?1200°C。
[0024]本发明还提供了一种硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构，依次包括如权利要求
1所述的 η型AlzGai—ZN层、多量子阱 AluGai—uN/AlvGai—VN层、p型AlwGai—WN层、P 型AlmGai—mN层以及P型GaN接触层，还包括反射电极层、转移衬底以及η电极，其中，所述反射电极沉积在p型GaN接触层表面，所述转移衬底邦定在所述反射电极上，所述η电极沉积在所述η型AlzGa1-zN层表面。
[0025]进一步优选地，所述反射电极的材料为Al、Au、Ag中的一种或多种，且所述反射电极的厚度范围为10?2000nm;
[0026]和/或，
[0027]所述转移衬底为硅衬底或铜基板。
[0028]进一步优选地，采用导电导热金属或者胶将所述转移衬底邦定在所述反射电极上;
[0029]和/或，
[0030]所述η电极中包括Al、Au以及Ag中的一种或多种金属，且所述η电极的厚度范围为10?4000nm。
[0031]本发明还提供了一种硅衬底深紫外发光二极管外延结构的制备方法，应用于如权利要求1-7任意一项所述的外延结构，所述硅衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法包括以下步骤:
[0032]S10在硅衬底上生长A1N缓冲层；
[0033]S11在所述A1N缓冲层上生长AlxGai—XN缓冲层，所述x的取值范围为0.01?0.99;
[0034]S12在所述A1N缓冲层上生长非掺杂AlyGai—yN层，所述y的取值范围为0.01?0.99;
[0035]S13在所述非掺杂AlyGai—yN层上生长η型AlzGai—ZN层，所述z的取值范围为0.01?
0.99；
[0036]S14在所述η型AlzGai—ZN层上生长多量子阱AluGai—uN/AlvGai—VN层，所述u和V的取值范围都为0.01?0.99;
[0037]S15在所述多量子阱AluGai—uN/AlvGai—VN层上生长p型AlwGai—WN层，所述w的取值范围为0.2?0.99;
[0038]S16在所述p型AlwGa!—WN层上生长P型AlmGai—mN层，所述m的取值范围为0.01?0.99;
[0039]S17在所述P型AlmGai—mN层上生长p型GaN接触层。
[0040]本发明还提供了一种硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构制备方法，包括如权利要求11所述的硅衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法，所述硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构制备方法还包括以下步骤:
[0041]S20对权利要求11制备得到的外延结构进行高温退火；
[0042]S21在所述外延结构上的p型GaN接触层沉积反射电极；
[0043]S22将转移衬底邦定在所述反射电极上；
[0044]S23去除所述外延结构中的所述硅衬底；
[0045]S24去除所述外延结构中的所述A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层、非掺杂AlyGa1-yN层；
[0046]S25 粗化所述 η 型 AlzGai—ZN 层；
[0047]S26在所述η型AlzGai—ZN层上制备η电极。
[0048]进一步优选地，所述反射电极的材料为Al、Au、Ag中的一种或多种，且所述反射电极的厚度范围为10?2000nmo
[0049]和/或，
[0050]所述转移衬底为硅衬底或铜基板。
[0051 ]和/或，
[0052]在步骤S22中，采用导电导热金属或者胶将所述转移衬底邦定在所述反射电极上。
[0053]进一步优选地，在步骤S23中，采用腐蚀液去除所述硅衬底，所述腐蚀液中至少包括Κ0Η溶液或HF-HN03溶液或HC1-HN03溶液；
[0054]和/或，
[0055]在步骤S24中，米用蚀刻设备去除所述A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层、非惨杂AlyGai—yN层，所述刻蚀设备为感应耦合等离子体蚀刻设备(以下简称ICP)或者反应离子刻蚀蚀刻设备(以下简称RIE)。
[0056]和/或，
[0057]所述η电极中包括Al，Au以及Ag中的一种或多种金属，且所述η电机的厚度范围为10?4000nm。
[0058]本发明提供的硅衬底深紫外发光二极管外延芯片结构及制备方法具有如下优势:
[0059]在本发明中，首先在硅衬底上依次生长A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层以及非掺杂AlyGai—yN 层，随后再依次生长η 型AlzGai—ZN层、多量子阱 AluGai—uN/AlvGai—VN层、p型AlwGai—WN层、P型AlmGanN层以及p型GaN接触层，完成硅衬底深紫外发光二极管外延结构的制备。然后对该外延结构进行反射电极沉积、转移衬底、腐蚀衬底、沉积η电极，完成硅衬底深紫外发光二极管芯片结构的制备。
[0060]基于如上的硅衬底外延芯片制备方法可以得到垂直结构薄膜深紫外发光二极管。对比常规的水平结构芯片和倒装结构芯片，该芯片结构可以极大地提高深紫外发光二极管的光提取效率，增加轴向光输出，提高光功率密度。
[0061]再有，虽然激光剥离技术也可以获得垂直结构薄膜发光二极管，然而由于深紫外外延结构缓冲层材料差异的原因，激光剥离技术目前难以应用于制备AlGaN基垂直结构深紫外LED。对比激光剥离技术，在本发明中，硅衬底技术可借用多年技术积累发展的硅集成电路生产工艺来制作发光二极管，进而大幅度提高自动化程度，最大限度地降低了人员的参与，大大降低了人工成本；同时，制备出来的深紫外发光二极管芯片的可靠性、一致性和良率都会大幅度提尚。
【附图说明】
[0062]图1为本发明中硅衬底深紫外发光二极管外延结构示意图；
[0063]图2为本发明中硅衬底深紫外发光二极管芯片结构示意图；
[0064]图3为本发明中硅衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法流程图；
[0065]图4为本发明中硅衬底深紫外发光二极管芯片结构制备方法流程图。
[0066]附图标记:
[0067]卜硅衬底，2-A1N缓冲层，3-AlxGai—XN 缓冲层，4_ 非掺杂 AlyGai—yN 层，5_n 型 AlzGai—ZN层，6-多量子阱 AluGai—uN/AlvGai—VN 层，7_p 型 AlwGai—WN 层，8_P 型 AlmGai—mN 层，9_p 型 GaN 接触层，10-反射电极，11-转移衬底，12-n电极。
【具体实施方式】
[0068]下面参照附图，结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
[0069]实例一:
[0070](1)如图1所示，选用硅衬底1，经过处理之后，在M0CVD(金属有机化合物化学气相沉淀)中，以NH3和TMA1(三甲基铝)为原材料，在1200°C的条件下生长厚度为200nm的A1N缓冲层2。
[0071](2)在M0CVD中，在A1N缓冲层2上，以NH3、TMAl、TMGa(三甲基镓)为原料，在1200°C条件下生长厚度为200nm的Al0.sGa0.sN缓冲层3。
[0072](3)在M0CVD中，在AlQ.5Ga0.5N缓冲层3上，以NH3、TMAl、TMGa为原料，在 1400°C条件下生长厚度为0.5um的非掺杂Al0.sGa0.5N层4。
[0073](4)在顯00)中，在非掺杂六1().563()^层4上，以冊3、了]\^1、了]\?^、5丨!14为原料(3丨!14掺杂浓度为5E18cm—3)，在1400°C条件下生长厚度为3um的η型AlQ.5Ga0.5N层5。
[0074](5)在M0CVD中，在η型AlQ.5Ga0.5N层5上，以NH3、TMAl、TMGa为原料，在 1400°C条件下生长 AlQ.4Ga0.6N/Al().6Ga().4N 周期结构。其中，AlQ.4GaQ.6N 的厚度为 3nm，Al0.6Ga().4N 的厚度为10]1111，生长周期为50
[0075](6)在腸00)中，在厶1().46&()^/^1().66&().4~层6上，以順3、丁嫩1、了]\?^丄?2]\%为原料(]\%的掺杂浓度为5E19cm—3)，在1400°C条件下生长厚度为40nm的p型Al0.sGa0.2N层7。
[0076](7)在皿)00)中，在？型六1().863().2~层7上，以冊3、了]\^1、了]\?^丄?2]\%为原料(]\%的掺杂浓度为5E18cm—3)，在1200°C的条件下生长厚度为60nm的p型Al0.5GaQ.5N层8。
[0077](8)在M0CVD中，在p型Al0.sGa0.2N层8上，以NH3、TMGa、Cp2Mg为原料(Mg的掺杂浓度为lE19cm—3。)，在1000°C的条件下生长厚度为10nm的p型GaN接触层9，得到该实施例提供的硅衬底深紫外发光二极管外延结构。
[0078]实施例二:
[0079]基于实施例一提供的硅衬底深紫外发光二极管外延结构，在本实施例中制备硅衬底深紫外发光二极管芯片结构，结构如图2所示，在制备的过程中包括以下步骤:
[0080]在实施例一中的步骤(1)?(8)之后，还包括:
[0081](9)对所生长完毕的外延结构进行退火，退火条件为:在600°C下，N2环境中退火20min(分钟)。
[0082](10)退火完毕后，用溅射的方式在p型GaN接触层9表面溅射一层厚度为200nm的A1反射电极10。
[0083](11)在反射电极10上，邦定(bonding)导电娃衬底11。
[0084](12)将硅衬底1用Κ0Η腐蚀液去除。
[0085](13)用ICP将A1N缓冲层2，Al0.sGa0.5N缓冲层3以及非掺杂Al0.sGa0.5N层4去除。
[0086](14)用粗化液对暴露出的η型AlQ.5Ga0.5N层5进行粗化。
[0087](15)在粗化后的η型AlQ.5Ga0.5N层5上，蒸镀厚度为2000nm的Cr/Pt/Au图形作为η电极12，得到该实施例中提供的硅衬底深紫外发光二极管芯片结构。
[0088]实例三:
[0089](1)如图1所示，选用硅衬底1，经过处理之后，在M0CVD中，以ΝΗ3和ΤΜΑ1为原材料，在1200°C的条件下生长厚度为400nm的Α1Ν缓冲层2。
[0090](2)在M0CVD中，在A1N缓冲层2上，以NH3、TMAl、TMGa为原料，在1200°C条件下生长厚度为400nm的Al0.sGa0.5N缓冲层3。
[0091](3)在M0CVD中，在AlQ.5Ga0.5N缓冲层3上，以NH3、TMAl、TMGa为原料，在 1400°C条件下生长厚度为1.5um的非掺杂Al0.3Ga0.7N层4。
[0092](4)在顯00)中，在非掺杂六1().363()^层4上，以冊3、了]\^1、了]\?^、5丨!14为原料(3丨!14掺杂浓度为5E18cm—3)，在1400°C条件下生长厚度为3um的η型AlQ.3GaQ.7N层5。
[0093](5)在M0CVD中，在η型Al0.3Ga0.7N层5上，以NH3、TMAl、TMGa为原料，在 1400°C条件下生长 AlQ.2GaQ.8N/Al().4Ga().6N 周期结构。其中AlQ.2GaQ.8N 的厚度为 3nm，AlQ.4GaQ.6N 的厚度为10nm，生长周期为7个。
[0094](6)在腸00)中，在厶1。.26&。.8~/^1。.46&。.6~层6上，以順3、丁嫩1、了]\?^、0?2]\%为原料(]\%的掺杂浓度为5E19cm—3)，在1400°C条件下生长厚度为40nm的p型AlQ.6GaQ.4N层7。
[0095](7)在皿)00)中，在？型六1().663().4~层7上，以冊3、了]\^1、了]\?^丄?2]\%为原料(]\%的掺杂浓度为5E18cm—3)，在1200°C的条件下生长厚度为60nm的p型AlQ.3GaQ.7N层8。
[0096](8)在M0CVD中，在p型Al0.3Ga0.?N层8上，以NH3、TMGa、Cp2Mg为原料(Mg的掺杂浓度为lE19cm-3)，在1000°C的条件下生长厚度为10nm的p型GaN接触层9，得到该实施例提供的硅衬底深紫外发光二极管外延结构。
[0097]实施例四:
[0098]基于实施例三提供的硅衬底深紫外发光二极管外延结构，在本实施例中制备硅衬底深紫外发光二极管芯片结构，结构如图2所示，在制备的过程中包括以下步骤:
[0099 ]在实施例三中的步骤(1)?(8)之后，还包括
[0100](9)在M0CVD内对所生长的外延结构进行退火，退火条件为:在600°C下，N2环境中退火20min(分钟)。
[0101](10)将生长完毕的材料取出M0CVD，用蒸镀的方式在p型 GaN接触层9表面蒸镀一层厚度为20011111的41反射电极100
[0102](11)在反射电极10上，邦定铜基板11。
[0103](12)将硅衬底1用HF-HN03腐蚀液去除。
[0104](13)用RIE将A1N缓冲层2，AlQ.5Ga0.5N缓冲层3以及非掺杂AlQ.3GaQ.7N层4去除。
[0105](14)用粗化液对暴露出的η型Al0.3Ga0.7N层5进行粗化。
[0106](15)在粗化后的η型AlQ.3GaQ.7N层5上，蒸镀总厚度为2000nm的Cr/Pt/Au图形作为η电极，得到该实施例提供的硅衬底深紫外发光二极管芯片结构。
[0107]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种硅衬底深紫外发光二极管的外延结构，其特征在于，所述外延结构在硅衬底上从下到上依次生长:A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层、非掺杂AlyGa1-yN层、η型AlzGahN层、多量子阱AluGai—uN/AlvGai—VN层、p型AlwGai—WN层、P型AlmGai—mN层以及p型GaN接触层，其中，所述x、y、z、u、v以及m的取值范围都为0.01?0.99，所述w的取值范围为0.2?0.99。2.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述外延结构的生长过程在金属有机物化学气相沉积、分子束外延或氢化物气相外延设备中进行。3.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于， 所述硅衬底为纯硅衬底或者加入掺杂的硅衬底。 和/或， 所述A1N缓冲层的厚度范围为1?lOOOnm，生长温度范围为800?1500°C。4.如权利要求1-3任意一项所述的外延结构，其特征在于， 所述AlxGai—XN缓冲层的厚度范围为1?lOOOnm、生长温度范围为800?1500°C，且所述AlxGai—XN缓冲层中A1组分x范围为0.01?0.99，； 和/或， 所述非掺杂AlyGai—yN层的厚度范围为0.1?10um、生长温度为800?1500°C，且所述非掺杂AlyGai—yN层中A1组分y的范围为0.01?0.99。5.如权利要求4所述的外延结构，其特征在于， 所述η型AlzGai—ZN层中掺杂浓度范围为1E17?lE20cm—3的S1、C或者Ge元素，且所述η型AlzGa!—ΖΝ层中Α1组分ζ的范围为0.01?0.99，所述η型AlzGai—ΖΝ层的厚度范围为0.1?10um、生长温度范围为800?1500°C; 和/或， 在所述多量子阱AluGa^N/AlvGaiiN层中:势阱层AluGa1-uN的厚度范围为1?10nm、势皇层AlvGai—VN的厚度范围为4?40nm以及多量子阱的周期数为1?15。6.如权利要求5所述的外延结构，其特征在于，在所述多量子阱AluGa^N/AlvGa^vN层中:所述多量子阱AluGa^N/AlvGaiiN层的生长温度范围为800?1500°C，所述势阱层AluGai—UN中A1组分u的范围为0.01?0.99，所述势皇层AlvGai—VN的A1组分V的范围为0.01?0.99，且所述势皇层AlvGai—VN中的A1组分V大于所述势讲层AluGai—UN中A1组分U。7.如权利要求1或2或3或5或6所述的外延结构，其特征在于，所述p型AlwGaiiN层中掺杂浓度范围为1E18?lE21cm—3Mg或Be元素，其中包含的A1组分w的范围为0.2?0.99 ；且所述p型AlwGa!—WN层的厚度范围为1?lOOnm、生长温度范围为800?1500°C; 和/或， 所述P型AlmGai—mN层中掺杂浓度范围为1E18?lE21cm—3的Mg或Be元素，其中包含的A1组分m的范围为0.01?0.99;且所述P型AlmGai—mN层的厚度范围为10?lOOOnm，生长温度范围为800 ?1500°C; 和/或， 所述P型GaN接触层中掺杂浓度范围为lE18-lE21cm—3的Mg或Be元素，且所述P型GaN接触层的厚度范围为1?lOOnm，生长温度为400?1200°Co8.—种硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构，其特征在于，所述硅衬底深紫外发光二极管依次包括如权利要求1-7任意一项所述的η型AlzGa1-zN层、多量子阱AluGa^N/AlvGaiiN层、p型AlwGahN层、P型AlmGahN层以及p型GaN接触层，还包括一反射电极层、转移衬底以及η电极，其中，所述反射电极沉积在p型GaN接触层表面，所述转移衬底邦定在所述反射电极上，所述η电极沉积在所述η型AlzGai—ZN层表面。9.如权利要求8所述的硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构，其特征在于， 所述反射电极的材料为Al、Au及Ag中的一种或多种，且所述反射电极的厚度范围为10?2000nm; 和/或， 所述转移衬底为硅衬底或铜基板。10.如权利要求8或9所述的硅衬底深紫外发光二极管，其特征在于， 采用导电导热金属或者胶将所述转移衬底邦定在所述反射电极上； 和/或， 所述η电极中包括Al，Au以及Ag中的一种或多种金属，且所述η电机的厚度范围为10?4000nm。11.一种硅衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法，其特征在于，所述硅衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法应用于如权利要求1-7任意一项所述的外延结构，所述娃衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法包括以下步骤: S10在硅衬底上生长A1N缓冲层； SI 1在所述A1N缓冲层上生长AlxGa1-xN缓冲层，所述X的取值范围为0.01?0.99; S12在所述A1N缓冲层上生长非掺杂AlyGa1-yN层，所述y的取值范围为0.01-0.99； S13在所述非掺杂AlyGai—yN层上生长η型AlzGai—ZN层，所述z的取值范围为0.01?0.99;S14在所述η型AlzGai—ZN层上生长多量子阱AluGai—uN/AlvGai—VN层，所述u和V的取值范围都为0.01?0.99; S15在所述多量子阱AluGai—uN/AlvGai—VN层上生长p型AlwGai—WN层，所述w的取值范围为0.2—0.99； S16在所述p型AlwGai—WN层上生长P型AlmGai—mN层，所述m的取值范围为0.01?0.99; S17在所述P型AlmGai—mN层上生长p型GaN接触层。12.—种硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构制备方法，其特征在于，所述硅衬底深紫外发光二极管的制备方法中包括如权利要求11所述的硅衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法，所述硅衬底深紫外发光二极管的制备方法还包括以下步骤: S20对权利要求11制备得到的外延结构进行高温退火； S21在所述外延结构上的p型GaN接触层沉积反射电极； S22将转移衬底邦定在所述反射电极上； S23去除所述外延结构中的所述娃衬底； S24去除所述外延结构中的所述A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层、非掺杂AlyGa1-yN层； S25粗化所述η型AlzGai—ZN层； S26在所述η型AlzGai—ZN层上制备η电极。13.如权利要求12所述的硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构制备方法，其特征在于，所述反射电极的材料为Al、Au及Ag中的一种或多种，且所述反射电极的厚度范围为10?2000nm。 和/或， 所述转移衬底为硅衬底或铜基板。 和/或， 在步骤S22中，采用导电导热金属或者胶将所述转移衬底邦定在所述反射电极上。14.如权利要求12或13所述的硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构制备方法，其特征在于，在步骤S23中，采用腐蚀液去除所述硅衬底，所述腐蚀液中至少包括KOH溶液或HF-HN03溶液或HC1-HN03溶液； 和/或， 在步骤S24中，采用蚀刻设备去除所述A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层、非掺杂AlyGa1-yN层，所述刻蚀设备为感应耦合等离子体蚀刻设备或者反应离子刻蚀蚀刻设备。 和/或， 所述η电极中包括Al、Au及Ag中的一种或多种金属，且所述η电极的厚度范围为10?4000nm。
【专利摘要】本发明提供了一种硅衬底深紫外发光二极管外延芯片结构及制备方法，其中，该硅衬底深紫外发光二极管的外延结构在硅衬底上从下到上依次生长：AlN缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层、非掺杂AlyGa1-yN层、n型AlzGa1-zN层、多量子阱AluGa1-uN/AlvGa1-vN层、p型AlwGa1-wN层、P型AlmGa1-mN层以及p型GaN接触层，其中，x、y、z、u、v以及m的取值范围都为0.01～0.99，w的取值范围为0.2～0.99。基于该外延结构可以制备垂直结构薄膜深紫外发光二极管芯片。该芯片结构可以极大地提高深紫外发光二极管的提取效率，并增加轴向光输出，提高光功率密度。
【IPC分类】H01L33/06, H01L33/00, H01L33/02
【公开号】CN105489718
【申请号】CN201511021945
【发明人】王嘉星, 陈振
【申请人】晶能光电（江西）有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月30日
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件技术领域，尤其是一种硅衬底深紫外发光二极管的外延结构、芯片结构以及其制备方法。
【背景技术】
[0002]AlGaN(氮化镓招)材料的深紫外发光二极管(Light Emitting D1de，LED)，由于其具有寿命长、预热时间短、光谱纯净(发光峰的半波宽在15nm以内)、体积小、可靠性高等优势，被认为是取代紫外线低压汞灯等含汞光源的最佳光源。因此，将AlGaN基深紫外LED应用在医疗卫生、杀菌消毒等领域有巨大潜力，也成为了研究热点。
[0003]但目前AlGaN深紫外LED的发光效率还非常低。特别是波长短于320nm(纳米)的紫外LED，其普遍的光电转换效率在10%以下。其主要原因在于光提取效率偏低，也就是说LED发光区发出的光不能有效地被导出LED器件。一般来说，光提取效率低的原因有两点:1)常见的深紫外LED只能在A1N(氮化铝)或者蓝宝石的平面衬底上生长(不能在图形化衬底上进行外延)，制作成平面结构或者倒装结构的芯片。2)在制备LED的过程中，由于衬底未被剥离，绝大部分紫外光会从芯片的侧面出光，不能被充分的利用。
[0004]当然，现在也有能够解决以上问题的技术方案，如，制作表面粗化的垂直芯片，然而由于缓冲层材料的差异以及金属A1(铝)相对金属Ga(镓)的高熔点等原因，目前成熟的激光剥离技术难以应用于制备AlGaN基垂直结构深紫外LED。故，如何采用一种简单有效的方法制备AlGaN基垂直结构深紫外LED成为了一个亟需解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]为了克服以上缺点，本发明提供了一种硅衬底深紫外发光二极管的外延芯片结构及制备方法，其有效解决了现有的AlGaN深紫外LED发光效率低的问题。
[0006]本发明提供的技术方案如下:
[0007]—种硅衬底深紫外发光二极管的外延结构，所述外延结构在硅衬底上从下到上依次生长:A1N缓冲层、AlxGai—XN缓冲层、非掺杂AlyGai—yN层、η型AlzGai—ZN层、多量子阱AluGai—UN/ Al vGai—VN 层、p?AlwGai—WN 层、P 型 AlmGai—mN 层以及p 型 GaN接触层，其中，所述 x、y、z、u、v 以及m的取值范围都为0.01?0.99，所述w的取值范围为0.2?0.99。
[0008]进一步优选地，所述外延结构的生长过程在金属有机物化学气相沉积、分子束外延或氢化物气相外延设备中进行。
[0009]进一步优选地，所述硅衬底为纯硅衬底或者加入掺杂的硅衬底。
[0010]和/或，
[0011]所述A1N缓冲层的厚度范围为1?lOOOnm(纳米)，生长温度范围为800?1500°C。
[0012]进一步优选地，所述AlxGai—xN缓冲层的厚度范围为1?lOOOnm、生长温度范围为800?1500°C(摄氏度)，且所述AlxGai—XN缓冲层中A1组分x范围为0.01?0.99，；
[0013]和/或，
[0014]所述非掺杂AlyGai—yN层的厚度范围为0.1?10um、生长温度为800?1500°C，且所述非掺杂AlyGai—yN层中A1组分y的范围为0.01?0.99。
[0015]进一步优选地，所述η型AlzGai—ZN层中掺杂浓度范围为1E17?lE20cm—3的S1、C或者Ge元素，且所述η型AlzGai—ZN层中A1组分z的范围为0.01?0.99，所述η型AlzGai—ZN层的厚度范围为0.1?10um、生长温度范围为800?1500°C;
[0016]和/或，
[0017]在所述多量子阱AluGai—uN/AlvGai—vN层中:势阱层AluGai—UN的厚度范围为1?10nm、势皇层AlvGaiiN的厚度范围为4?40nm以及多量子阱的周期数为1?15。
[0018]进一步优选地，在所述多量子阱AluGa^N/AlvGaiiN层中:所述多量子阱AluGa1-uN/AlvGai—VN层的生长温度范围为800?1500°C，所述势阱层AluGai—UN中Al组分u的范围为0.01?0.99，所述势皇层AlvGai—VN的A1组分V的范围为0.01?0.99，且所述势皇层AlvGai—VN中的A1组分V大于所述势讲层AluGa1-uN中A1组分U。
[0019]进一步优选地，所述p型AlwGai—WN层中掺杂浓度范围为1E18?lE21cm—3Mg或Be元素，其中包含的Al组分w的范围为0.2?0.99;且所述p型AlwGaiiN层的厚度范围为1?lOOnm、生长温度范围为800?1500°C;
[0020]和/或，
[0021]所述P型AlmGai—mN层中掺杂浓度范围为1E18?lE21cm—3的Mg或Be元素，其中包含的A1组分m的范围为0.01-0.99;且所述P型AlmGai—mN层的厚度范围为10?lOOOnm，生长温度范围为800 ?1500°C;
[0022]和/或，
[0023]所述p型GaN接触层中掺杂浓度范围为1E18?lE21cm—3的Mg或Be元素，且所述P型GaN接触层的厚度范围为1?lOOnm，生长温度为400?1200°C。
[0024]本发明还提供了一种硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构，依次包括如权利要求
1所述的 η型AlzGai—ZN层、多量子阱 AluGai—uN/AlvGai—VN层、p型AlwGai—WN层、P 型AlmGai—mN层以及P型GaN接触层，还包括反射电极层、转移衬底以及η电极，其中，所述反射电极沉积在p型GaN接触层表面，所述转移衬底邦定在所述反射电极上，所述η电极沉积在所述η型AlzGa1-zN层表面。
[0025]进一步优选地，所述反射电极的材料为Al、Au、Ag中的一种或多种，且所述反射电极的厚度范围为10?2000nm;
[0026]和/或，
[0027]所述转移衬底为硅衬底或铜基板。
[0028]进一步优选地，采用导电导热金属或者胶将所述转移衬底邦定在所述反射电极上;
[0029]和/或，
[0030]所述η电极中包括Al、Au以及Ag中的一种或多种金属，且所述η电极的厚度范围为10?4000nm。
[0031]本发明还提供了一种硅衬底深紫外发光二极管外延结构的制备方法，应用于如权利要求1-7任意一项所述的外延结构，所述硅衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法包括以下步骤:
[0032]S10在硅衬底上生长A1N缓冲层；
[0033]S11在所述A1N缓冲层上生长AlxGai—XN缓冲层，所述x的取值范围为0.01?0.99;
[0034]S12在所述A1N缓冲层上生长非掺杂AlyGai—yN层，所述y的取值范围为0.01?0.99;
[0035]S13在所述非掺杂AlyGai—yN层上生长η型AlzGai—ZN层，所述z的取值范围为0.01?
0.99；
[0036]S14在所述η型AlzGai—ZN层上生长多量子阱AluGai—uN/AlvGai—VN层，所述u和V的取值范围都为0.01?0.99;
[0037]S15在所述多量子阱AluGai—uN/AlvGai—VN层上生长p型AlwGai—WN层，所述w的取值范围为0.2?0.99;
[0038]S16在所述p型AlwGa!—WN层上生长P型AlmGai—mN层，所述m的取值范围为0.01?0.99;
[0039]S17在所述P型AlmGai—mN层上生长p型GaN接触层。
[0040]本发明还提供了一种硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构制备方法，包括如权利要求11所述的硅衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法，所述硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构制备方法还包括以下步骤:
[0041]S20对权利要求11制备得到的外延结构进行高温退火；
[0042]S21在所述外延结构上的p型GaN接触层沉积反射电极；
[0043]S22将转移衬底邦定在所述反射电极上；
[0044]S23去除所述外延结构中的所述硅衬底；
[0045]S24去除所述外延结构中的所述A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层、非掺杂AlyGa1-yN层；
[0046]S25 粗化所述 η 型 AlzGai—ZN 层；
[0047]S26在所述η型AlzGai—ZN层上制备η电极。
[0048]进一步优选地，所述反射电极的材料为Al、Au、Ag中的一种或多种，且所述反射电极的厚度范围为10?2000nmo
[0049]和/或，
[0050]所述转移衬底为硅衬底或铜基板。
[0051 ]和/或，
[0052]在步骤S22中，采用导电导热金属或者胶将所述转移衬底邦定在所述反射电极上。
[0053]进一步优选地，在步骤S23中，采用腐蚀液去除所述硅衬底，所述腐蚀液中至少包括Κ0Η溶液或HF-HN03溶液或HC1-HN03溶液；
[0054]和/或，
[0055]在步骤S24中，米用蚀刻设备去除所述A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层、非惨杂AlyGai—yN层，所述刻蚀设备为感应耦合等离子体蚀刻设备(以下简称ICP)或者反应离子刻蚀蚀刻设备(以下简称RIE)。
[0056]和/或，
[0057]所述η电极中包括Al，Au以及Ag中的一种或多种金属，且所述η电机的厚度范围为10?4000nm。
[0058]本发明提供的硅衬底深紫外发光二极管外延芯片结构及制备方法具有如下优势:
[0059]在本发明中，首先在硅衬底上依次生长A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层以及非掺杂AlyGai—yN 层，随后再依次生长η 型AlzGai—ZN层、多量子阱 AluGai—uN/AlvGai—VN层、p型AlwGai—WN层、P型AlmGanN层以及p型GaN接触层，完成硅衬底深紫外发光二极管外延结构的制备。然后对该外延结构进行反射电极沉积、转移衬底、腐蚀衬底、沉积η电极，完成硅衬底深紫外发光二极管芯片结构的制备。
[0060]基于如上的硅衬底外延芯片制备方法可以得到垂直结构薄膜深紫外发光二极管。对比常规的水平结构芯片和倒装结构芯片，该芯片结构可以极大地提高深紫外发光二极管的光提取效率，增加轴向光输出，提高光功率密度。
[0061]再有，虽然激光剥离技术也可以获得垂直结构薄膜发光二极管，然而由于深紫外外延结构缓冲层材料差异的原因，激光剥离技术目前难以应用于制备AlGaN基垂直结构深紫外LED。对比激光剥离技术，在本发明中，硅衬底技术可借用多年技术积累发展的硅集成电路生产工艺来制作发光二极管，进而大幅度提高自动化程度，最大限度地降低了人员的参与，大大降低了人工成本；同时，制备出来的深紫外发光二极管芯片的可靠性、一致性和良率都会大幅度提尚。
【附图说明】
[0062]图1为本发明中硅衬底深紫外发光二极管外延结构示意图；
[0063]图2为本发明中硅衬底深紫外发光二极管芯片结构示意图；
[0064]图3为本发明中硅衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法流程图；
[0065]图4为本发明中硅衬底深紫外发光二极管芯片结构制备方法流程图。
[0066]附图标记:
[0067]卜硅衬底，2-A1N缓冲层，3-AlxGai—XN 缓冲层，4_ 非掺杂 AlyGai—yN 层，5_n 型 AlzGai—ZN层，6-多量子阱 AluGai—uN/AlvGai—VN 层，7_p 型 AlwGai—WN 层，8_P 型 AlmGai—mN 层，9_p 型 GaN 接触层，10-反射电极，11-转移衬底，12-n电极。
【具体实施方式】
[0068]下面参照附图，结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
[0069]实例一:
[0070](1)如图1所示，选用硅衬底1，经过处理之后，在M0CVD(金属有机化合物化学气相沉淀)中，以NH3和TMA1(三甲基铝)为原材料，在1200°C的条件下生长厚度为200nm的A1N缓冲层2。
[0071](2)在M0CVD中，在A1N缓冲层2上，以NH3、TMAl、TMGa(三甲基镓)为原料，在1200°C条件下生长厚度为200nm的Al0.sGa0.sN缓冲层3。
[0072](3)在M0CVD中，在AlQ.5Ga0.5N缓冲层3上，以NH3、TMAl、TMGa为原料，在 1400°C条件下生长厚度为0.5um的非掺杂Al0.sGa0.5N层4。
[0073](4)在顯00)中，在非掺杂六1().563()^层4上，以冊3、了]\^1、了]\?^、5丨!14为原料(3丨!14掺杂浓度为5E18cm—3)，在1400°C条件下生长厚度为3um的η型AlQ.5Ga0.5N层5。
[0074](5)在M0CVD中，在η型AlQ.5Ga0.5N层5上，以NH3、TMAl、TMGa为原料，在 1400°C条件下生长 AlQ.4Ga0.6N/Al().6Ga().4N 周期结构。其中，AlQ.4GaQ.6N 的厚度为 3nm，Al0.6Ga().4N 的厚度为10]1111，生长周期为50
[0075](6)在腸00)中，在厶1().46&()^/^1().66&().4~层6上，以順3、丁嫩1、了]\?^丄?2]\%为原料(]\%的掺杂浓度为5E19cm—3)，在1400°C条件下生长厚度为40nm的p型Al0.sGa0.2N层7。
[0076](7)在皿)00)中，在？型六1().863().2~层7上，以冊3、了]\^1、了]\?^丄?2]\%为原料(]\%的掺杂浓度为5E18cm—3)，在1200°C的条件下生长厚度为60nm的p型Al0.5GaQ.5N层8。
[0077](8)在M0CVD中，在p型Al0.sGa0.2N层8上，以NH3、TMGa、Cp2Mg为原料(Mg的掺杂浓度为lE19cm—3。)，在1000°C的条件下生长厚度为10nm的p型GaN接触层9，得到该实施例提供的硅衬底深紫外发光二极管外延结构。
[0078]实施例二:
[0079]基于实施例一提供的硅衬底深紫外发光二极管外延结构，在本实施例中制备硅衬底深紫外发光二极管芯片结构，结构如图2所示，在制备的过程中包括以下步骤:
[0080]在实施例一中的步骤(1)?(8)之后，还包括:
[0081](9)对所生长完毕的外延结构进行退火，退火条件为:在600°C下，N2环境中退火20min(分钟)。
[0082](10)退火完毕后，用溅射的方式在p型GaN接触层9表面溅射一层厚度为200nm的A1反射电极10。
[0083](11)在反射电极10上，邦定(bonding)导电娃衬底11。
[0084](12)将硅衬底1用Κ0Η腐蚀液去除。
[0085](13)用ICP将A1N缓冲层2，Al0.sGa0.5N缓冲层3以及非掺杂Al0.sGa0.5N层4去除。
[0086](14)用粗化液对暴露出的η型AlQ.5Ga0.5N层5进行粗化。
[0087](15)在粗化后的η型AlQ.5Ga0.5N层5上，蒸镀厚度为2000nm的Cr/Pt/Au图形作为η电极12，得到该实施例中提供的硅衬底深紫外发光二极管芯片结构。
[0088]实例三:
[0089](1)如图1所示，选用硅衬底1，经过处理之后，在M0CVD中，以ΝΗ3和ΤΜΑ1为原材料，在1200°C的条件下生长厚度为400nm的Α1Ν缓冲层2。
[0090](2)在M0CVD中，在A1N缓冲层2上，以NH3、TMAl、TMGa为原料，在1200°C条件下生长厚度为400nm的Al0.sGa0.5N缓冲层3。
[0091](3)在M0CVD中，在AlQ.5Ga0.5N缓冲层3上，以NH3、TMAl、TMGa为原料，在 1400°C条件下生长厚度为1.5um的非掺杂Al0.3Ga0.7N层4。
[0092](4)在顯00)中，在非掺杂六1().363()^层4上，以冊3、了]\^1、了]\?^、5丨!14为原料(3丨!14掺杂浓度为5E18cm—3)，在1400°C条件下生长厚度为3um的η型AlQ.3GaQ.7N层5。
[0093](5)在M0CVD中，在η型Al0.3Ga0.7N层5上，以NH3、TMAl、TMGa为原料，在 1400°C条件下生长 AlQ.2GaQ.8N/Al().4Ga().6N 周期结构。其中AlQ.2GaQ.8N 的厚度为 3nm，AlQ.4GaQ.6N 的厚度为10nm，生长周期为7个。
[0094](6)在腸00)中，在厶1。.26&。.8~/^1。.46&。.6~层6上，以順3、丁嫩1、了]\?^、0?2]\%为原料(]\%的掺杂浓度为5E19cm—3)，在1400°C条件下生长厚度为40nm的p型AlQ.6GaQ.4N层7。
[0095](7)在皿)00)中，在？型六1().663().4~层7上，以冊3、了]\^1、了]\?^丄?2]\%为原料(]\%的掺杂浓度为5E18cm—3)，在1200°C的条件下生长厚度为60nm的p型AlQ.3GaQ.7N层8。
[0096](8)在M0CVD中，在p型Al0.3Ga0.?N层8上，以NH3、TMGa、Cp2Mg为原料(Mg的掺杂浓度为lE19cm-3)，在1000°C的条件下生长厚度为10nm的p型GaN接触层9，得到该实施例提供的硅衬底深紫外发光二极管外延结构。
[0097]实施例四:
[0098]基于实施例三提供的硅衬底深紫外发光二极管外延结构，在本实施例中制备硅衬底深紫外发光二极管芯片结构，结构如图2所示，在制备的过程中包括以下步骤:
[0099 ]在实施例三中的步骤(1)?(8)之后，还包括
[0100](9)在M0CVD内对所生长的外延结构进行退火，退火条件为:在600°C下，N2环境中退火20min(分钟)。
[0101](10)将生长完毕的材料取出M0CVD，用蒸镀的方式在p型 GaN接触层9表面蒸镀一层厚度为20011111的41反射电极100
[0102](11)在反射电极10上，邦定铜基板11。
[0103](12)将硅衬底1用HF-HN03腐蚀液去除。
[0104](13)用RIE将A1N缓冲层2，AlQ.5Ga0.5N缓冲层3以及非掺杂AlQ.3GaQ.7N层4去除。
[0105](14)用粗化液对暴露出的η型Al0.3Ga0.7N层5进行粗化。
[0106](15)在粗化后的η型AlQ.3GaQ.7N层5上，蒸镀总厚度为2000nm的Cr/Pt/Au图形作为η电极，得到该实施例提供的硅衬底深紫外发光二极管芯片结构。
[0107]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种硅衬底深紫外发光二极管的外延结构，其特征在于，所述外延结构在硅衬底上从下到上依次生长:A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层、非掺杂AlyGa1-yN层、η型AlzGahN层、多量子阱AluGai—uN/AlvGai—VN层、p型AlwGai—WN层、P型AlmGai—mN层以及p型GaN接触层，其中，所述x、y、z、u、v以及m的取值范围都为0.01?0.99，所述w的取值范围为0.2?0.99。2.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述外延结构的生长过程在金属有机物化学气相沉积、分子束外延或氢化物气相外延设备中进行。3.如权利要求1所述的外延结构，其特征在于， 所述硅衬底为纯硅衬底或者加入掺杂的硅衬底。 和/或， 所述A1N缓冲层的厚度范围为1?lOOOnm，生长温度范围为800?1500°C。4.如权利要求1-3任意一项所述的外延结构，其特征在于， 所述AlxGai—XN缓冲层的厚度范围为1?lOOOnm、生长温度范围为800?1500°C，且所述AlxGai—XN缓冲层中A1组分x范围为0.01?0.99，； 和/或， 所述非掺杂AlyGai—yN层的厚度范围为0.1?10um、生长温度为800?1500°C，且所述非掺杂AlyGai—yN层中A1组分y的范围为0.01?0.99。5.如权利要求4所述的外延结构，其特征在于， 所述η型AlzGai—ZN层中掺杂浓度范围为1E17?lE20cm—3的S1、C或者Ge元素，且所述η型AlzGa!—ΖΝ层中Α1组分ζ的范围为0.01?0.99，所述η型AlzGai—ΖΝ层的厚度范围为0.1?10um、生长温度范围为800?1500°C; 和/或， 在所述多量子阱AluGa^N/AlvGaiiN层中:势阱层AluGa1-uN的厚度范围为1?10nm、势皇层AlvGai—VN的厚度范围为4?40nm以及多量子阱的周期数为1?15。6.如权利要求5所述的外延结构，其特征在于，在所述多量子阱AluGa^N/AlvGa^vN层中:所述多量子阱AluGa^N/AlvGaiiN层的生长温度范围为800?1500°C，所述势阱层AluGai—UN中A1组分u的范围为0.01?0.99，所述势皇层AlvGai—VN的A1组分V的范围为0.01?0.99，且所述势皇层AlvGai—VN中的A1组分V大于所述势讲层AluGai—UN中A1组分U。7.如权利要求1或2或3或5或6所述的外延结构，其特征在于，所述p型AlwGaiiN层中掺杂浓度范围为1E18?lE21cm—3Mg或Be元素，其中包含的A1组分w的范围为0.2?0.99 ；且所述p型AlwGa!—WN层的厚度范围为1?lOOnm、生长温度范围为800?1500°C; 和/或， 所述P型AlmGai—mN层中掺杂浓度范围为1E18?lE21cm—3的Mg或Be元素，其中包含的A1组分m的范围为0.01?0.99;且所述P型AlmGai—mN层的厚度范围为10?lOOOnm，生长温度范围为800 ?1500°C; 和/或， 所述P型GaN接触层中掺杂浓度范围为lE18-lE21cm—3的Mg或Be元素，且所述P型GaN接触层的厚度范围为1?lOOnm，生长温度为400?1200°Co8.—种硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构，其特征在于，所述硅衬底深紫外发光二极管依次包括如权利要求1-7任意一项所述的η型AlzGa1-zN层、多量子阱AluGa^N/AlvGaiiN层、p型AlwGahN层、P型AlmGahN层以及p型GaN接触层，还包括一反射电极层、转移衬底以及η电极，其中，所述反射电极沉积在p型GaN接触层表面，所述转移衬底邦定在所述反射电极上，所述η电极沉积在所述η型AlzGai—ZN层表面。9.如权利要求8所述的硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构，其特征在于， 所述反射电极的材料为Al、Au及Ag中的一种或多种，且所述反射电极的厚度范围为10?2000nm; 和/或， 所述转移衬底为硅衬底或铜基板。10.如权利要求8或9所述的硅衬底深紫外发光二极管，其特征在于， 采用导电导热金属或者胶将所述转移衬底邦定在所述反射电极上； 和/或， 所述η电极中包括Al，Au以及Ag中的一种或多种金属，且所述η电机的厚度范围为10?4000nm。11.一种硅衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法，其特征在于，所述硅衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法应用于如权利要求1-7任意一项所述的外延结构，所述娃衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法包括以下步骤: S10在硅衬底上生长A1N缓冲层； SI 1在所述A1N缓冲层上生长AlxGa1-xN缓冲层，所述X的取值范围为0.01?0.99; S12在所述A1N缓冲层上生长非掺杂AlyGa1-yN层，所述y的取值范围为0.01-0.99； S13在所述非掺杂AlyGai—yN层上生长η型AlzGai—ZN层，所述z的取值范围为0.01?0.99;S14在所述η型AlzGai—ZN层上生长多量子阱AluGai—uN/AlvGai—VN层，所述u和V的取值范围都为0.01?0.99; S15在所述多量子阱AluGai—uN/AlvGai—VN层上生长p型AlwGai—WN层，所述w的取值范围为0.2—0.99； S16在所述p型AlwGai—WN层上生长P型AlmGai—mN层，所述m的取值范围为0.01?0.99; S17在所述P型AlmGai—mN层上生长p型GaN接触层。12.—种硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构制备方法，其特征在于，所述硅衬底深紫外发光二极管的制备方法中包括如权利要求11所述的硅衬底深紫外发光二极管外延结构制备方法，所述硅衬底深紫外发光二极管的制备方法还包括以下步骤: S20对权利要求11制备得到的外延结构进行高温退火； S21在所述外延结构上的p型GaN接触层沉积反射电极； S22将转移衬底邦定在所述反射电极上； S23去除所述外延结构中的所述娃衬底； S24去除所述外延结构中的所述A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层、非掺杂AlyGa1-yN层； S25粗化所述η型AlzGai—ZN层； S26在所述η型AlzGai—ZN层上制备η电极。13.如权利要求12所述的硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构制备方法，其特征在于，所述反射电极的材料为Al、Au及Ag中的一种或多种，且所述反射电极的厚度范围为10?2000nm。 和/或， 所述转移衬底为硅衬底或铜基板。 和/或， 在步骤S22中，采用导电导热金属或者胶将所述转移衬底邦定在所述反射电极上。14.如权利要求12或13所述的硅衬底深紫外发光二极管的芯片结构制备方法，其特征在于，在步骤S23中，采用腐蚀液去除所述硅衬底，所述腐蚀液中至少包括KOH溶液或HF-HN03溶液或HC1-HN03溶液； 和/或， 在步骤S24中，采用蚀刻设备去除所述A1N缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层、非掺杂AlyGa1-yN层，所述刻蚀设备为感应耦合等离子体蚀刻设备或者反应离子刻蚀蚀刻设备。 和/或， 所述η电极中包括Al、Au及Ag中的一种或多种金属，且所述η电极的厚度范围为10?4000nm。
【专利摘要】本发明提供了一种硅衬底深紫外发光二极管外延芯片结构及制备方法，其中，该硅衬底深紫外发光二极管的外延结构在硅衬底上从下到上依次生长：AlN缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层、非掺杂AlyGa1-yN层、n型AlzGa1-zN层、多量子阱AluGa1-uN/AlvGa1-vN层、p型AlwGa1-wN层、P型AlmGa1-mN层以及p型GaN接触层，其中，x、y、z、u、v以及m的取值范围都为0.01～0.99，w的取值范围为0.2～0.99。基于该外延结构可以制备垂直结构薄膜深紫外发光二极管芯片。该芯片结构可以极大地提高深紫外发光二极管的提取效率，并增加轴向光输出，提高光功率密度。
【IPC分类】H01L33/06, H01L33/00, H01L33/02
【公开号】CN105489718
【申请号】CN201511021945
【发明人】王嘉星, 陈振
【申请人】晶能光电（江西）有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月30日
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