CN101515618B - 蓝宝石衬底上的多量子阱紫外led器件的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件及其制作方法,它涉及微电子技术领域,主要解决了紫外LED出光效率低的问题。该器件自下而上依次包括低温AlN成核层、高温AlN成核层、本征AlGaN外延层、n-AlGaN势垒层、有源区、p-AlGaN势垒层、低Al组分p型AlGaN层、p型GaN冒层,以及在p型GaN冒层设有的窗口区(A)。该器件通过干法刻蚀p-GaN冒层至电子势垒层p-AlGaN,形成了圆柱状的出射光窗口,改变了出射光的路径,大大减少了光在传播过程中的损耗。本发明由于采用干法刻蚀窗口区,使得位于窗口区底部的电子势垒层p-AlGaN的表面粗化,进一步提高了出射光的出射效率,且工艺简单,成本低,重复性好,可靠性高,本发明可用于水处理,医疗、生物医学场合以及白光照明中。

Description

蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件的制作方法 
技术领域
本发明属于微电子技术领域,涉及半导体器件,特别是一种新型AlGaN基多量子阱的uv-LED器件的实现方法,可用于水处理、医疗与生物医学以及白光照明领域。 
背景技术
III-V族化合物半导体材料作为第三代半导体材料的杰出代表,具有很多优良的特性,尤其是在光学应用方面,由Ga、Al、In、N组成的合金{Ga(Al,In)N}可以覆盖整个可见光区和近紫外光区。而且纤锌矿结构的III族氮化物都是直接带隙,非常适合于光电子器件的应用。特别是在紫外光区,AlGaN基多量子阱的uv-LED已显示出巨大的优势,成为目前紫外光电器件研制的热点之一。然而,随着LED发光波长的变短,GaN基LED有源层中Al组分越来越高,高质量AlGaN材料的制备具有很大难度,AlGaN材料造成uv-LED的外量子效率和光功率都很低,成为了uv-LED发展的瓶颈,是当前急需解决的问题。 
AlGaN基多量子阱uv-LED器件具有广阔的应用前景。首先,GaN基蓝绿光LED取得了突破性的进展,目前高亮度蓝绿光LED已经商业化,在景观照明、大屏幕背光源、光通讯等领域都显示了强大的潜力。其次,白光LED固态照明更是如火如荼,引发了第三次照明革命。再次,随着可见光领域的日趋成熟,研究人员把研究重点逐渐向短波长的紫外光转移,紫外光在丝网印刷、聚合物固化、环境保护、白光照明以及军事探测等领域都有重大应用价值。 
目前,在国内和国际上,主要是采用一些新的材料生长方法,或者是采用新的结构来减少应力对AlGaN材料质量的破坏,来提高AlGaN材料的生长质量,从而提高了uv-LED的发光性能,这些方法包括: 
2002年,第一个低于300nm的uv-LED在美国南卡罗莱纳州立大学实现,他们在蓝宝石衬底上制出了波长285nm的LED,200μ×200μ芯片在400mA脉冲电流下功率为0.15mW,改进p型和n型接触电阻后,最大功率达到0.25mW。参见文献V.Adivarahan,J.P.Zhang,A.Chitnis,et al,“sub-Milliwatt Power III-N Light EmittingDiodes at 285nm,”Jpn J Appl Phy,2002,41:L435。随后,他们又取得了一系列突破性进展,依次实现了280nm、269nm、265nm的发光波长,LED最大功率超过1mW。 参见文献W H Sun,J P Zhang,V Adivarahan,et al.“AlGaN-based 280nm light-emittingdiodes 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 deepultraviolet 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 JAppl Phys,2005,44:L98.为了改善电流传输,降低热效应,他们对100μm×100μm的小面积芯片,按照2×2阵列模式连接,并采用flip-chip结构,280nm波长的功率可达到24mW,最大外量子效率0.35%。参见文献W H Sun,J P Zhang,V Adivarahan,et al.“AlGaN-based 280nm light-emitting diodes with continuous wave powers in excess of1.5mW”Appl Phys Lett,2004,85(4):531。2004年,又做出了250nm的LED,200μ×200μ的芯片最大功率接近0.6mW,但外量子效率仅有0.01%。参见文献VAdivarahan,W H Sun,A Chitnis,et al.“250nm AlGaN light-emitting diodes”Appl PhysLett,2004,85(12):2175, 
2004年,美国西北大学、堪萨斯大学也在深紫外特别是280-290nm波段取得了较大进展。Fischer A J,Allerman A A,et al.Room-temperature direct current operation of290nm Light-emitting diodes with milliwatt power level[J].Appl Phys Lett,2004,84(17):3394.采用插丝状接触来改善芯片内部的电流扩展,倒装焊结构提高LED的散热能力,制出了1mm×1mm大功率紫外LED,发光波长290nm,300mA直流下的发光功率达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 AlN epilayers[J].Appl Phys Lett,2004,85(20):4777.将传统的方形芯片改为圆盘状,降低了开启电压,使功率大幅度提高,210μm直径的芯片,功率超过了1mW。 
同年,美国南卡罗莱纳州立大学又研制出250和255nm的深紫外uv-LED,底部缓冲层采用AlGaN/AlN超晶格结构,生长出高质量的AlGaN势垒层,制出了200×200μm的深紫外LED,在300mA和1000mA的脉冲电流下,其发光功率分别达到0.16mW和0.57mW,但是由于采用底部出光的方式,其发光效率还是比较低。参见文献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,日本埼玉大学在231-261nm波段的深紫外LED的研究取得了进一步的进展,由于采用脉冲生长AlN缓冲层,进一步减少了AlN层的位错缺陷密度,从而 生长出高Al组分的AlGaN层,使得261nm的深紫外LED的光功率以及外量子效率分布达到1.65mW和0.23%。参见文献Hirayama Hideki,Yatabe Tohru,NoguchiNorimichi,Ohashi Tomoaki,Kamata Norihiko.“231-261nm AlGaN deep-ultravioletlight-emitting diodes fabricated on AlN multilayer buffers grown by ammonia pulse-flowmethod on sapphire”Appl Phys Lett,2007,91(7):071901-1. 
纵上所述,当前,国际上AlGaN基deep uv-LED器件的制作都是采用底部出光的方式,对顶部出光的研究较少。随着发光波长的减少,底部缓冲层对紫外光的吸收越来越多,严重影响了出射光功率以及外量子效率。目前主要是改变p型电极的结构,以及器件的结构,现有底部出光的技术目前还存在很大的缺点,一是光的出射路径过长,中途光的损耗过大,往往造成光的外量子效率过低;二是底部AlN缓冲层的结晶质量都较差,造成材料的非辐射复合中心增多,对紫外光的吸收较多;三是底部缓冲层在电应力作用下,俘获光子的缺陷增加,严重影响了器件的可靠性。 
发明内容
本发明目的在于克服上述已有技术的缺点,提出一种可靠性高、成本低、工艺简单的蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件及制作方法,以减少光的出射路径,提高输出光的功率以及外量子效率。 
为实现上述目的,本发明提供的蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件:包括AlN成核层、本征AlGaN外延层、n型AlGaN势垒层、有源区、p型AlGaN势垒层、低Al组分p型AlGaN层和p型GaN冒层,其中p型GaN冒层的中心刻蚀有柱体状窗口区,用于改变出射光的路径。 
所述的窗口区底部位于p型AlGaN势垒层的四分之三处。 
所述的窗口区的深度与宽度的比例为1∶1000。 
为实现上述目的,本发明提供了如下两种制作蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件的方法。 
技术方案1,制作蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件的方法,包括如下步骤: 
材料生长步骤:在蓝宝石基片上,利用MOCVD工艺,依次生长低温AlN成核层、高温AlN成核层、AlGaN外延层、n-AlGaN势垒层、有源区、40%-60%的高Al组分p型AlGaN势垒层、10%-25%的低Al组分p型AlGaN层和p型GaN层; 
器件制作步骤: 
1)采用ICP或者RIE工艺从顶部p型GaN冒层刻蚀至n型AlGaN层,形成n型AlGaN台面; 
2)先光刻出位于p型GaN冒层的圆形窗口,再采用氯基ICP工艺二次刻蚀窗口区至p型AlGaN势垒层,形成圆柱体的出光窗口,其刻蚀工艺参数分别为:240W-600W的上电极功率,0-80V的偏压,1-3Pa的压力、100-180s的刻蚀时间; 
3)在n型AlGaN台面上光刻出n型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发n型欧姆接触金属,形成n型电极; 
4)在p型GaN冒层光刻出p型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发p型欧姆接触金属,形成p型电极,完成器件制作。 
技术方案2,制作蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件的方法,包括如下步骤: 
材料生长步骤:在蓝宝石基片上,利用MOCVD工艺,依次生长低温AlN成核层、高温AlN成核层、AlGaN外延层、n-AlGaN势垒层、有源区、40%-60%的高Al组分p型AlGaN势垒层、10%-25%的低Al组分p型AlGaN层和p型GaN层; 
器件制作步骤: 
1)在p型GaN冒层中心先光刻出圆形窗口,再采用氯基RIE工艺二次刻蚀窗口区至p型AlGaN势垒层,形成圆柱体的出光窗口,其刻蚀工艺参数分别为:150W-400W的电极功率,230-550V的偏压,5-10mT的反应室压力,100-240s的刻蚀时间; 
2)采用ICP或者RIE工艺从顶部p型GaN冒层刻蚀至n型AlGaN层,形成n型AlGaN台面; 
3)在n型AlGaN台面上光刻出n型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在窗口区蒸发n型欧姆接触金属,形成n型电极; 
4)在p型GaN冒层光刻出p型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在窗口区蒸发p型欧姆接触金属,形成p型电极,完成器件制作。 
本发明与现有技术相比具有如下优点: 
(1)本发明由于通过刻蚀p-GaN冒层至p型AlGaN阻挡层,形成出圆柱体状的出光窗口,使得发出的紫外光能从顶部辐射出来,有效的提高了光的输出功率以及器件的外量子效率。 
(2)本发明的制作工艺完全能与成熟的蓝光GaN基LED器件制备工艺兼容,特别是p型AlGaN表面经过刻蚀粗化后,有效的提高了光的出射功率。 
(3)本发明的器件由于采用了顶部窗口结构,即使电应力使器件的AlN缓冲层中的缺陷增多,也不会影响出射光的功率,这将极大地推进AlGaN基多量子阱紫外LED的实用化进程。 
附图说明
图1是本发明器件的剖面结构示意图; 
图2是本发明材料生长的工艺流程图; 
图3是本发明器件方案1的制作工艺流程图; 
图4是本发明器件方案2的制作工艺流程图。 
参照图1,本发明器件的最下层为蓝宝石衬底,蓝宝石衬底上为低温AlN成核层,低温AlN成核层上为高温成核层,高温AlN成核层上为AlGaN外延层,AlGaN外延层上为n型AlGaN势垒层,n型AlGaN势垒层上为有源区,该有源区由多量子阱结构的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN组成,有源区上为高Al组分p型AlGaN势垒层,其上为低Al组分的p型AlGaN层,最上面为p型GaN冒层。p型GaN冒层处设有窗口区A,使产生的光由顶部冒层发出。该窗口区A的形状为圆柱体,其底部位于p型AlGaN势垒层厚度的四分之三处。窗口区A的深度与宽度的比例为1∶1000,n型电极位于n-AlGaN台面上,p型电极位于p型GaN冒层上。 
实施例一,本发明器件的制作包括材料生长和器件制作两个步骤。 
参照图2,本发明的材料生长步骤如下: 
步骤1,在蓝宝石基片上,利用MOCVD工艺,生长低温AlN成核层。 
将衬底温度降低为600℃,保持生长压力50Torr,氢气流量为1500sccm,氨气流量为1500sccm,向反应室通入流量为28μmol/min的铝源,生长厚度为5nm的低温AlN成核层。 
步骤2,在低温AlN成核层上,生长高温AlN成核层。 
将生长温度升高到1050℃,保持生长压力50Torr,氢气流量为1500sccm,氨气流量为1500sccm,向反应室通入流量为28μmol/min的铝源,生长厚度为200nm的高温AlN成核层。 
步骤3,在高温AlN成核层上,生长AlGaN外延层。 
生长温度保持在1050℃,保持生长压力为110Torr,氢气流量为1500sccm,氨气流量为1500sccm,向反应室通入流量为50μmol/min的铝源和80μmol/min的镓源,生长厚度为1200nm的非掺杂的AlGaN外延层。 
步骤4,在AlGaN外延层上,生长Si掺杂的n型AlGaN势垒层。 
生长温度保持在1050℃,保持生长压力110Torr,氢气流量为1500sccm,氨气流量1500sccm,向反应室同时通入流量为60μmol/min的铝源、70μmol/min的镓源以及1-3μmol/min的Si源,生长厚度为700nm的Si掺杂的AlGaN势垒层。 
步骤5,在n型AlGaN势垒层上,生长多量子阱AlxGa1-xN/AlyGa1-yN层,(x<y)。 
生长温度保持在1050℃,保持生长压力120Torr,氢气流量为1500sccm,氨气流量1500sccm,向反应室同时通入流量为65μmol/min的铝源和80μmol/min的镓源,生长厚度为2-7nm的AlxGa1-xN势阱层;生长温度保持在1050℃,保持生长压力70Torr,氢气流量为1500sccm,氨气流量1500sccm,向反应室同时通入流量为80μmol/min的铝源,65μmol/min的镓源,生长厚度为2-10nm的AlyGa1-yN势垒层,量子阱的周期为3-5个。 
步骤6,在多量子阱AlxGa1-xN/AlyGa1-yN层上,生长40%-60%的高Al组分p型AlGaN势垒层。 
生长温度保持在1000℃,保持生长压力100Torr,氢气流量为1500sccm,氨气流量1500sccm,向反应室同时通入流量为110μmol/min的铝源、80μmol/min的镓源,以及3-5μmol/min的Mg源,生长厚度为65nm的高Al组分的p型AlGaN势垒层。 
步骤7,在p型势垒层上,生长10%-25%的低Al组分p型AlGaN层。 
生长温度保持在1000℃,保持生长压力100Torr,氢气流量为1500sccm,氨气流量1500sccm,向反应室同时通入流量为80μmol/min的铝源、120μmol/min的镓源以及3-5μmol/min的Mg源,生长厚度为60nm的低Al组分的p型AlGaN势垒层。 
步骤8,在所述的低Al组分p型AlGaN层上,生长p型GaN冒层。 
生长温度保持在950℃,保持生长压力70Torr,氢气流量为1500sccm,氨气流量1500sccm,向反应室同时通入流量为65μmol/min的镓源,以及3-5μmol/min的Mg源,生长厚度为60nm的p型GaN冒层。 
参照图3,本发明的器件制作步骤如下: 
第一步,在p型GaN冒层上采用ICP或者RIE工艺刻蚀台面至n型AlGaN层。 
采用电子束蒸发设备淀积厚度约为300nm的SiO2层来作为刻蚀掩模层。由于对于AlGaN材料的刻蚀速率较慢,增加该步骤是为了在样片上形成SiO2和光刻胶共同起作用的双层掩膜图形,更有利于保护未刻蚀区域表面; 
对样片甩正胶,转速为5000转/min,然后再在温度为90℃的烘箱中烘15min, 通过光刻以及显影形成刻蚀所需的图形; 
采用ICP干法刻蚀,形成台面,刻蚀时采用的电极功率为550W,偏压为110V,压力为1.5Pa,刻蚀时间为400s; 
采用丙酮去除刻蚀后的正胶,然后在BOE中浸泡1min去除SiO2掩膜,最后用去离子水清洗干净并用氮气吹干,除去刻蚀后的掩膜层。 
第二步,在p型GaN冒层上光刻出一圆形窗口,采用ICP二次刻蚀窗口区至p型AlGaN势垒层,形成圆柱体的出光窗口A。 
对样片甩正胶,转速为5000转/min,然后再在90℃的烘箱中烘15min,通过光刻以及显影形成刻蚀所需的出光窗口; 
采用ICP干法刻蚀p型GaN层至p型AlGaN势垒层,刻蚀采用的气体为Cl2/BCl3,刻蚀深度为135nm,刻蚀采用的电极功率为240W,偏压为80V,压力为1Pa,刻蚀时间为180s,形成圆柱体的出光窗口。 
第三步,在n型AlGaN层上光刻出n型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发n型欧姆接触金属,形成n型电极。 
为了更好地剥离金属,首先在样片上甩黏附剂,转速为8000转/min,时间为30s,在温度为160℃的高温烘箱中烘20min;然后再在该样片上甩正胶,转速为5000转/min,最后在温度为80℃的高温烘箱中烘10min,光刻获得n型电极图形; 
采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层,该步骤大大提高了剥离的成品率,而后采用VPC-1000电子束蒸发设备淀积Ti/Al/Ti/Au四层金属; 
在丙酮中浸泡40min以上后进行超声处理,然后用氮气吹干。将样片放入到快速退火炉中,首先向退火炉内通入氮气10min左右,然后在氮气气氛下,温度为870℃条件下进行40s的高温退火,形成n型电极。 
第四步,在p型GaN冒层上光刻出p型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发p型欧姆接触金属,形成p型电极。 
首先在样片上甩黏附剂,甩胶台的转速为8000转/min,时间为30s,将其放入温度为160℃的高温烘箱中烘20min;之后再在该样片上甩正胶,甩胶台的转速为5000转/min,放入温度为80℃的高温烘箱中烘10min,光刻获得p型电极图形; 
采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层,在p型电极图形上采用VPC-1100电子束蒸发设备蒸发Ni/Au两层金属来作为p型电极; 
将进行完上述处理的样片放入丙酮中浸泡20min以上后进行超声处理,然后用氮 气吹干,之后再将该样片放入到快速退火炉中,在空气气氛下,温度为560℃条件下进行10min的高温退火,形成p型电极,完成器件制作。 
实施例二,本发明器件的制作包括材料生长和器件制作两个步骤。 
其中材料生长步骤与实施例一相同,如图2所示。 
器件制作如图3所示,具体步骤如下: 
第一步,在p型GaN冒层上采用ICP或者RIE工艺刻蚀台面至n型AlGaN层。 
采用电子束蒸发设备淀积厚度约为300nm的SiO2层来作为刻蚀掩模层。由于对于AlGaN材料的刻蚀速率较慢,增加该步骤是为了在样片上形成SiO2和光刻胶共同起作用的双层掩膜图形,更有利于保护未刻蚀区域表面; 
对样片甩正胶,转速为5000转/min,然后再在温度为90℃的烘箱中烘15min,通过光刻以及显影形成刻蚀所需的图形; 
采用ICP干法刻蚀,形成台面,刻蚀时采用的电极功率为550W,偏压为110V,压力为1.5Pa,刻蚀时间为400s; 
采用丙酮去除刻蚀后的正胶,然后在BOE中浸泡1min去除SiO2掩膜,最后用去离子水清洗干净并用氮气吹干,除去刻蚀后的掩膜层。 
第二步,在p型GaN冒层上光刻出一圆形窗口,采用ICP二次刻蚀窗口区至p型AlGaN势垒层,形成圆柱体的出光窗口A。 
对样片甩正胶,转速为5000转/min,然后再在90℃的烘箱中烘15min,通过光刻以及显影形成刻蚀所需的出光窗口; 
采用ICP干法刻蚀p型GaN层至p型AlGaN势垒层,刻蚀深度为135nm,刻蚀采用的气体为Cl2/BCl3,刻蚀采用的电极功率为450W,偏压为60V,压力为2Pa,刻蚀时间为140s,形成圆柱体的出光窗口。 
第三步,在n型AlGaN层上光刻出n型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发n型欧姆接触金属,形成n型电极。 
为了更好地剥离金属,首先在样片上甩黏附剂,转速为8000转/min,时间为30s,在温度为160℃的高温烘箱中烘20min;然后再在该样片上甩正胶,转速为5000转/min,最后在温度为80℃的高温烘箱中烘10min,光刻获得n型电极图形; 
采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层,该步骤大大提高了剥离的成品率,而后采用VPC-1000电子束蒸发设备淀积Ti/Al/Ti/Au四层金属; 
在丙酮中浸泡40min以上后进行超声处理,然后用氮气吹干。将样片放入到快速 退火炉中,首先向退火炉内通入氮气10min左右,然后在氮气气氛下,温度为870℃条件下进行40s的高温退火,形成n型电极。 
第四步,在p型GaN冒层上光刻出p型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发p型欧姆接触金属,形成p型电极。 
首先在样片上甩黏附剂,甩胶台的转速为8000转/min,时间为30s,将其放入温度为160℃的高温烘箱中烘20min;之后再在该样片上甩正胶,甩胶台的转速为5000转/min,放入温度为80℃的高温烘箱中烘10min,光刻获得p型电极图形; 
采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层,在p型电极图形上采用VPC-1100电子束蒸发设备蒸发Ni/Au两层金属来作为p型电极; 
将进行完上述处理的样片放入丙酮中浸泡20min以上后进行超声处理,然后用氮气吹干,之后再将该样片放入到快速退火炉中,在空气气氛下,温度为560℃条件下进行10min的高温退火,形成p型电极,完成器件制作。 
实施例三,本发明器件的制作包括材料生长和器件制作两个步骤。 
其中材料生长步骤与实施例一相同,如图2所示。 
器件制作如图3所示,具体步骤如下: 
第一步,在p型GaN冒层上采用ICP或者RIE工艺刻蚀台面至n型AlGaN层。 
采用电子束蒸发设备淀积厚度约为300nm的SiO2层来作为刻蚀掩模层。由于对于AlGaN材料的刻蚀速率较慢,增加该步骤是为了在样片上形成SiO2和光刻胶共同起作用的双层掩膜图形,更有利于保护未刻蚀区域表面; 
对样片甩正胶,转速为5000转/min,然后再在温度为90℃的烘箱中烘15min,通过光刻以及显影形成刻蚀所需的图形; 
采用ICP干法刻蚀,形成台面,刻蚀时采用的电极功率为550W,偏压为110V,压力为1.5Pa,刻蚀时间为400s; 
采用丙酮去除刻蚀后的正胶,然后在BOE中浸泡1min去除SiO2掩膜,最后用去离子水清洗干净并用氮气吹干,除去刻蚀后的掩膜层。
第二步,在p型GaN冒层上光刻出一圆形窗口,采用ICP二次刻蚀窗口区至p型AlGaN势垒层,形成圆柱体的出光窗口A。 
对样片甩正胶,转速为5000转/min,然后再在90℃的烘箱中烘15min,通过光刻以及显影形成刻蚀所需的出光窗口; 
采用ICP干法刻蚀p型GaN层至p型AlGaN势垒层,刻蚀深度为135nm,刻蚀 采用的气体为Cl2/BCl3,刻蚀采用的电极功率为600W,偏压为0V,压力为3Pa,刻蚀时间为100s,形成圆柱体的出光窗口。 
第三步,在n型AlGaN层上光刻出n型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发n型欧姆接触金属,形成n型电极。 
为了更好地剥离金属,首先在样片上甩黏附剂,转速为8000转/min,时间为30s,在温度为160℃的高温烘箱中烘20min;然后再在该样片上甩正胶,转速为5000转/min,最后在温度为80℃的高温烘箱中烘10min,光刻获得n型电极图形; 
采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层,该步骤大大提高了剥离的成品率,而后采用VPC-1000电子束蒸发设备淀积Ti/Al/Ti/Au四层金属; 
在丙酮中浸泡40min以上后进行超声处理,然后用氮气吹干。将样片放入到快速退火炉中,首先向退火炉内通入氮气10min左右,然后在氮气气氛下,温度为870℃条件下进行40s的高温退火,形成n型电极。 
第四步,在p型GaN冒层上光刻出p型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发p型欧姆接触金属,形成p型电极。 
首先在样片上甩黏附剂,甩胶台的转速为8000转/min,时间为30s,将其放入温度为160℃的高温烘箱中烘20min;之后再在该样片上甩正胶,甩胶台的转速为5000转/min,放入温度为80℃的高温烘箱中烘10min,光刻获得p型电极图形; 
采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层,在p型电极图形上采用VPC-1100电子束蒸发设备蒸发Ni/Au两层金属来作为p型电极; 
将进行完上述处理的样片放入丙酮中浸泡20min以上后进行超声处理,然后用氮气吹干,之后再将该样片放入到快速退火炉中,在空气气氛下,温度为560℃条件下进行10min的高温退火,形成p型电极,完成器件制作。 
实施例四,本发明器件的制作包括材料生长和器件制作两个步骤。 
其中材料生长步骤与实施例一相同,如图2所示。 
器件制作如图4所示,具体步骤如下: 
第一步,在p型GaN冒层上光刻出一圆形窗口,采用RIE二次刻蚀窗口区至p型AlGaN势垒层,形成圆柱体的出光窗口A。 
在样片表面涂上光刻胶,在转速为5000转/min的甩胶台上进行甩胶,然后在90℃的烘箱中烘15min,通过光刻以及显影形成刻蚀所需的出光窗口; 
采用RIE干法刻蚀p型GaN层至p型AlGaN势垒层,刻蚀深度为135nm,刻蚀 采用的气体为Cl2/BCl3,刻蚀采用的电极功率为150W,偏压为230V,压力为10mT,刻蚀时间为240s,形成底部在p型AlGaN势垒层的圆柱体出光窗口。 
第二步,在p型GaN冒层上采用ICP或者RIE工艺刻蚀台面至n型AlGaN层。 
采用电子束蒸发设备淀积厚度约为300nm的SiO2层来作为刻蚀掩模层。由于对于AlGaN材料的刻蚀速率较慢,增加该步骤是为了在样片上形成SiO2和光刻胶共同起作用的双层掩膜图形,更有利于保护未刻蚀区域表面; 
对样片甩正胶,转速为5000转/min,然后再在温度为90℃的烘箱中烘15min,通过光刻以及显影形成刻蚀所需的图形; 
采用ICP干法刻蚀,形成台面,刻蚀时采用的电极功率为550W,偏压为110V,压力为1.5Pa,刻蚀时间为400s; 
采用丙酮去除刻蚀后的正胶,然后在BOE中浸泡1min去除SiO2掩膜,最后用去离子水清洗干净并用氮气吹干,除去刻蚀后的掩膜层。 
第三步,在n型AlGaN层上光刻出n型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发n型欧姆接触金属,形成n型电极。 
为了更好地剥离金属,首先在样片上甩黏附剂,转速为8000转/min,时间为30s,在温度为160℃的高温烘箱中烘20min;然后再在该样片上甩正胶,转速为5000转/min,最后在温度为80℃的高温烘箱中烘10min,光刻获得n型电极图形; 
采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层,该步骤大大提高了剥离的成品率,而后采用VPC-1000电子束蒸发设备淀积Ti/Al/Ti/Au四层金属; 
在丙酮中浸泡40min以上后进行超声处理,然后用氮气吹干。将样片放入到快速退火炉中,首先向退火炉内通入氮气10min左右,然后在氮气气氛下,温度为870℃条件下进行40s的高温退火,形成n型电极。 
第四步,在p型GaN冒层上光刻出p型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发p型欧姆接触金属,形成p型电极。 
首先在样片上甩黏附剂,甩胶台的转速为8000转/min,时间为30s,将其放入温度为160℃的高温烘箱中烘20min;之后再在该样片上甩正胶,甩胶台的转速为5000转/min,放入温度为80℃的高温烘箱中烘10min,光刻获得p型电极图形; 
采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层,在p型电极图形上采用VPC-1100电子束蒸发设备蒸发Ni/Au两层金属来作为p型电极; 
将进行完上述处理的样片放入丙酮中浸泡20min以上后进行超声处理,然后用氮 气吹干,之后再将该样片放入到快速退火炉中,在空气气氛下,温度为560℃条件下进行10min的高温退火,形成p型电极,完成器件制作。 
实施例五,本发明器件的制作包括材料生长和器件制作两个步骤。 
其中材料生长步骤与实施例一相同,如图2所示。 
器件制作如图4所示,具体步骤如下: 
第一步,在p型GaN冒层上光刻出一圆形窗口,采用RIE二次刻蚀窗口区至p型AlGaN势垒层,形成圆柱体的出光窗口A。 
在样片表面涂上光刻胶,在转速为5000转/min的甩胶台上进行甩胶,然后在90℃的烘箱中烘15min,通过光刻以及显影形成刻蚀所需的出光窗口; 
采用RIE干法刻蚀p型GaN层至p型AlGaN势垒层,刻蚀深度为135nm,刻蚀采用的气体为Cl2/BCl3,刻蚀采用的电极功率为320W,偏压为410V,压力为8mT,刻蚀时间为180s,形成底部在p型AlGaN势垒层的圆柱体出光窗口。 
第二步,在p型GaN冒层上采用ICP或者RIE工艺刻蚀台面至n型AlGaN层。 
采用电子束蒸发设备淀积厚度约为300nm的SiO2层来作为刻蚀掩模层。由于对于AlGaN材料的刻蚀速率较慢,增加该步骤是为了在样片上形成SiO2和光刻胶共同起作用的双层掩膜图形,更有利于保护未刻蚀区域表面; 
对样片甩正胶,转速为5000转/min,然后再在温度为90℃的烘箱中烘15min,通过光刻以及显影形成刻蚀所需的图形; 
采用ICP干法刻蚀,形成台面,刻蚀时采用的电极功率为550W,偏压为110V,压力为1.5Pa,刻蚀时间为400s; 
采用丙酮去除刻蚀后的正胶,然后在BOE中浸泡1min去除SiO2掩膜,最后用去离子水清洗干净并用氮气吹干,除去刻蚀后的掩膜层。 
第三步,在n型AlGaN层上光刻出n型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发n型欧姆接触金属,形成n型电极。 
为了更好地剥离金属,首先在样片上甩黏附剂,转速为8000转/min,时间为30s,在温度为160℃的高温烘箱中烘20min;然后再在该样片上甩正胶,转速为5000转/min,最后在温度为80℃的高温烘箱中烘10min,光刻获得n型电极图形; 
采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层,该步骤大大提高了剥离的成品率,而后采用VPC-1000电子束蒸发设备淀积Ti/Al/Ti/Au四层金属; 
在丙酮中浸泡40min以上后进行超声处理,然后用氮气吹干。将样片放入到快速 退火炉中,首先向退火炉内通入氮气10min左右,然后在氮气气氛下,温度为870℃条件下进行40s的高温退火,形成n型电极。 
第四步,在p型GaN冒层上光刻出p型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发p型欧姆接触金属,形成p型电极。 
首先在样片上甩黏附剂,甩胶台的转速为8000转/min,时间为30s,将其放入温度为160℃的高温烘箱中烘20min;之后再在该样片上甩正胶,甩胶台的转速为5000转/min,放入温度为80℃的高温烘箱中烘10min,光刻获得p型电极图形; 
采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层,在p型电极图形上采用VPC-1100电子束蒸发设备蒸发Ni/Au两层金属来作为p型电极; 
将进行完上述处理的样片放入丙酮中浸泡20min以上后进行超声处理,然后用氮气吹干,之后再将该样片放入到快速退火炉中,在空气气氛下,温度为560℃条件下进行10min的高温退火,形成p型电极,完成器件制作。 
实施例六,本发明器件的制作包括材料生长和器件制作两个步骤。 
其中材料生长步骤与实施例一相同,如图2所示。 
器件制作如图4所示,具体步骤如下: 
第一步,在p型GaN冒层上光刻出一圆形窗口,采用RIE二次刻蚀窗口区至p型AlGaN势垒层,形成圆柱体的出光窗口A。 
在样片表面涂上光刻胶,在转速为5000转/min的甩胶台上进行甩胶,然后在90℃的烘箱中烘15min,通过光刻以及显影形成刻蚀所需的出光窗口; 
采用RIE干法刻蚀p型GaN层至p型AlGaN势垒层,刻蚀深度为135nm,刻蚀采用的气体为Cl2/BCl3,刻蚀采用的电极功率为400W,偏压为550V,压力为5mT,刻蚀时间为100s,形成底部在p型AlGaN势垒层的圆柱体出光窗口。 
第二步,在p型GaN冒层上采用ICP或者RIE工艺刻蚀台面至n型AlGaN层。 
采用电子束蒸发设备淀积厚度约为300nm的SiO2层来作为刻蚀掩模层。由于对于AlGaN材料的刻蚀速率较慢,增加该步骤是为了在样片上形成SiO2和光刻胶共同起作用的双层掩膜图形,更有利于保护未刻蚀区域表面; 
对样片甩正胶,转速为5000转/min,然后再在温度为90℃的烘箱中烘15min,通过光刻以及显影形成刻蚀所需的图形; 
采用ICP干法刻蚀,形成台面,刻蚀时采用的电极功率为550W,偏压为110V,压力为1.5Pa,刻蚀时间为400s; 
采用丙酮去除刻蚀后的正胶,然后在BOE中浸泡1min去除SiO2掩膜,最后用去离子水清洗干净并用氮气吹干,除去刻蚀后的掩膜层。 
第三步,在n型AlGaN层上光刻出n型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发n型欧姆接触金属,形成n型电极。 
为了更好地剥离金属,首先在样片上甩黏附剂,转速为8000转/min,时间为30s,在温度为160℃的高温烘箱中烘20min;然后再在该样片上甩正胶,转速为5000转/min,最后在温度为80℃的高温烘箱中烘10min,光刻获得n型电极图形; 
采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层,该步骤大大提高了剥离的成品率,而后采用VPC-1000电子束蒸发设备淀积Ti/Al/Ti/Au四层金属; 
在丙酮中浸泡40min以上后进行超声处理,然后用氮气吹干。将样片放入到快速退火炉中,首先向退火炉内通入氮气10min左右,然后在氮气气氛下,温度为870℃条件下进行40s的高温退火,形成n型电极。 
第四步,在p型GaN冒层上光刻出p型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发p型欧姆接触金属,形成p型电极。 
首先在样片上甩黏附剂,甩胶台的转速为8000转/min,时间为30s,将其放入温度为160℃的高温烘箱中烘20min;之后再在该样片上甩正胶,甩胶台的转速为5000转/min,放入温度为80℃的高温烘箱中烘10min,光刻获得p型电极图形; 
采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层,在p型电极图形上采用VPC-1100电子束蒸发设备蒸发Ni/Au两层金属来作为p型电极; 
将进行完上述处理的样片放入丙酮中浸泡20min以上后进行超声处理,然后用氮气吹干,之后再将该样片放入到快速退火炉中,在空气气氛下,温度为560℃条件下进行10min的高温退火,形成p型电极,完成器件制作。 

Claims (2)

1.一种蓝宝石衬底上多量子阱紫外LED器件的制作方法,包括:
I.材料生长步骤:在蓝宝石基片上,利用MOCVD工艺,依次生长600℃的低温AlN成核层、1050℃的高温AlN成核层、AlGaN外延层、n-AlGaN势垒层、有源区、40%-60%的高Al组分p型AlGaN势垒层、10%-25%的低Al组分p型AlGaN层和p型GaN帽层;
II.器件制作步骤:
1)采用ICP或者RIE工艺从顶部p型GaN帽层刻蚀至n型AlGaN层,形成n型AlGaN台面;
2)先光刻出位于p型GaN帽层的圆形窗口,再采用氯基ICP工艺二次刻蚀窗口区至p型AlGaN势垒层,形成圆柱体的出光窗口,其刻蚀工艺参数分别为:240W-600W的上电极功率,0-80V的偏压,1-3Pa的压力、100-180s的刻蚀时间;
3)在n型AlGaN台面上光刻出n型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发n型欧姆接触金属,形成n型电极;
4)在p型GaN帽层光刻出p型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在电极图形区蒸发p型欧姆接触金属,形成p型电极,完成器件制作。
2.一种蓝宝石衬底上多量子阱紫外LED器件的制作方法,包括:
I.材料生长步骤:在蓝宝石基片上,利用MOCVD工艺,依次生长600℃的低温AlN成核层、1050℃的高温AlN成核层、AlGaN外延层、n-AlGaN势垒层、有源区、40%-60%的高Al组分p型AlGaN势垒层、10%-25%的低Al组分p型AlGaN层和p型GaN帽层;
II.器件制作步骤:
1)在p型GaN帽层中心先光刻出圆形窗口,再采用氯基RIE工艺二次刻蚀窗口区至p型AlGaN势垒层,形成圆柱体的出光窗口,其刻蚀工艺参数分别为:150W-400W的电极功率,230-550V的偏压,5-10mT的反应室压力,100-240s的刻蚀时间;
2)采用ICP或者RIE工艺从顶部p型GaN帽层刻蚀至n型AlGaN层,形成n型AlGaN台面;
3)在n型AlGaN台面上光刻出n型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在窗口区蒸发n型欧姆接触金属,形成n型电极;
4)在p型GaN帽层光刻出p型电极的图形,采用电子束蒸发工艺,在窗口区蒸发p型欧姆接触金属,形成p型电极,完成器件制作。
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