CN101527342B - AlGaN基蓝宝石衬底的紫外LED器件的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AlGaN基蓝宝石衬底的紫外LED器件及制作方法，它涉及到微电子技术领域，主要解决出射光效率低的问题。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。该器件通过干法刻蚀p-GaN冒层至低Al组分的p-AlGaN，形成了圆柱状的出射光窗口，其后对其进行光辅助湿法刻蚀，将柱状出射光窗口变为类半球状窗口，在增大了窗口的出射孔径的同时，又能使窗口区的材料表面得到了粗化，极大的提高了出射光的功率和效率。本发明工艺简单，重复性好，可靠性高，可用于水处理，医疗、生物医学场合以及白光照明中。

Description

AlGaN基蓝宝石衬底的紫外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”JpnJ Appl 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 excessof 1.5mW”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 operationof 290nm 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 PhysLett，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 AsifKhan.“250nm AlGaN light-emitting diodes”Appl Phys Lett，2004，85(12)：2175.2007年，日本琦玉大学在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。目前主要是通过改进器件的结构，来提高外延层的质量，然而现有底部出光的技术还是存在很大的缺点，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AlGaN基蓝宝石衬底的紫外LED器件，改变了光的出射路径，使出射光在半球形的窗口区发生干涉，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帽层，其中p型GaN帽层的中心开有半球体状窗口区，用于改变出射光的路径，提高出射光的功率。

所述的窗口区底部位于p型AlGaN势垒层的五分之四处。

所述的窗口区顶部宽度与底部宽度的比例为2∶1。

为实现上述目的，本发明提供了如下两种制作AlGaN基蓝宝石衬底的紫外LED器件的方法。

技术方案1，制作AlGaN基蓝宝石衬底的紫外LED器件的方法，包括如下步骤：

A.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帽层；

B.窗口区制作步骤：

(B1)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；

(B2)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低Al组分的p型AlGaN层，形成圆柱体的出光窗口，其刻蚀工艺参数分别为：180W-600W的上电极功率，0-150V的偏压，1-3Pa的压力、100-230s的刻蚀时间；

(B3)在n型AlGaN台面和p型GaN帽层上光刻出湿法刻蚀的掩膜图形，采用电子束蒸发工艺，在掩膜图形区蒸发湿法掩膜金属层Ti，之后将其放入到70℃的KOH溶液中3min，进行湿法刻蚀前的预处理；

(B4)采用KOH电解液对预处理后的样片进行光辅助湿法刻蚀，形成类似于半球体的出光窗口，其湿法刻蚀工艺参数分别为：325nm的He-Cd激光照射，-2V--4V的偏压，10-15min的刻蚀时间；之后将其放入到1∶10的HF溶液中漂洗掉金属掩膜层Ti；

C.电极制作步骤：

(C1)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；

(C2)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。

技术方案2，制作AlGaN基蓝宝石衬底的紫外LED器件的方法，包括如下步骤：

1.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帽层；

2.窗口区制作步骤：

(2.1)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；

(2.2)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：80W-400W的电极功率，210-620V的偏压，5-10mT的反应室压力，80-210s的刻蚀时间；

(2.3)在n型AlGaN台面和p型GaN帽层上光刻出湿法刻蚀的掩膜图形，采用电子束蒸发工艺，在掩膜图形区蒸发湿法掩膜金属层Ti，之后将其放入到80℃的KOH溶液中3min，进行湿法刻蚀前的预处理；

(2.4)采用KOH电解液对预处理后的样片进行光辅助湿法刻蚀，形成类似于半球体的出光窗口，其湿法刻蚀工艺参数分别为：325nm的He-Cd激光照射，-4V--6V的偏压，8-13min的刻蚀时间；之后将其放入到1∶10的HF溶液中漂洗掉金属掩膜层Ti；

3.电极制作步骤：

(3.1)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；

(3.2)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。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明的器件由于采用了顶部窗口结构，不仅提高出射光的出射孔径，而且使出射光在窗口区得到增强，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基蓝宝石衬底的紫外LED器件的实用化进程。

(2)本发明顶部窗口结构的制作是通过光辅助湿法刻蚀p-GaN冒层至p型AlGaN势垒层，形成出半球体状的出光窗口，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。

(3)本发明器件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，因而成本低、工艺简单。

附图说明

图1是本发明器件的剖面结构示意图；

图2是本发明材料生长工艺流程图；

图3是本发明窗口区制作的工艺流程图；

图4是本发明器件电极制作工艺流程图。

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Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-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帽层。p型GaN帽层处设有窗口区W，使产生的光由顶部冒层发出。该窗口区W的形状类似于半球体，其底部位于p型AlGaN势垒层厚度的五分之四处。窗口区W的顶部宽度与底部宽度的比例为2∶1，n型电极位于n-AlGaN台面上，p型电极位于p型GaN帽层上。

本发明器件的制作工艺如图2、图3和图4所示。以下分六个实施例进行详细描述。

具体实施方式

实施例一，本发明器件的制作包括材料生长、窗口区制作和电极制作三个部分。

1.参照图2，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23μmol/min的铝源，生长厚度为7nm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26μmol/min的铝源，生长厚度为180nm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℃，生长压力保持为110Torr，氢气流量为1500sccm，氨气流量为1500sccm，向反应室通入流量为42μmol/min的铝源和75μmol/min的镓源，生长厚度为1300nm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℃，生长压力保持为110Torr，氢气流量为1500sccm，氨气流量1500sccm，向反应室同时通入流量为55μmol/min的铝源、60μmol/min的镓源以及2-4μmol/min的Si源，生长厚度为600nm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Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN层，(x＜y)。

生长温度保持在1050℃，生长压力保持为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Al_xGa_1-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Al_yGa_1-yN势垒层，量子阱的周期为3-5个。

步骤6，在多量子阱Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-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℃，生长压力保持为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50nm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℃，生长压力保持为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帽层。

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帽层。

2.参照图3，本发明的器件窗口区制作步骤如下：

第一步，在p型GaN帽层上采用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帽层上光刻出一圆形窗口，采用ICP二次刻蚀窗口区至低Al组分的p型AlGaN势垒层的一半处，形成圆柱体的出光窗口。

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帽层至低Al组分的p型AlGaN层，刻蚀采用的气体为Cl₂/BCl₃，刻蚀深度为90nm，刻蚀采用的电极功率为180W，偏压为150V，压力为1Pa，刻蚀时间为230s，形成圆柱体的出光窗口。

第三步，采用紫外光辅助湿法刻蚀工艺，形成类似于半球体的出光窗口W。

首先，在n型AlGaN台面和p型GaN帽层上光刻出湿法刻蚀的掩膜图形，采用电子束蒸发工艺，在掩膜图形区蒸发湿法掩膜金属层Ti；之后将其放入到70℃的KOH溶液中3min，进行湿法刻蚀前的预处理，然后对其进行紫外光辅助湿法刻蚀，采用KOH电解液，其湿法刻蚀的工艺参数分别为：325nm的He-Cd激光照射，-2V的偏压，15min的刻蚀时间，形成类似于半球体的出光窗口，最后将其放入到1∶10的HF溶液中漂洗掉金属掩膜层Ti；

3.参照图4，本发明的电极制作步骤如下：

1)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。

2)在p型GaN帽层上光刻出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；

其次，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；

最后，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，并用氮气吹干，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、窗口区制作和电极制作三个部分。

1.材料生长步骤：

该材料生长步骤与实施例一相同。

2.器件窗口区制作如图3所示，具体步骤如下：

第一步，在p型GaN帽层上采用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帽层上光刻出一圆形窗口，采用ICP二次刻蚀窗口区至低Al组分的p型AlGaN势垒层的一半处，形成圆柱体的出光窗口。

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帽层至低Al组分的p型AlGaN层，刻蚀深度为90nm，刻蚀采用的气体为Cl₂/BCl₃，刻蚀采用的电极功率为400W，偏压为90V，压力为2Pa，刻蚀时间为160s，形成圆柱体的出光窗口。

第三步，采用紫外光辅助湿法刻蚀工艺，形成类似于半球体的出光窗口W。

首先，在n型AlGaN台面和p型GaN帽层上光刻出湿法刻蚀的掩膜图形，采用电子束蒸发工艺，在掩膜图形区蒸发湿法掩膜金属层Ti，之后将其放入到70℃的KOH溶液中3min，进行湿法刻蚀前的预处理，然后对其进行紫外光辅助湿法刻蚀，采用KOH电解液，其湿法刻蚀的工艺参数分别为：325nm的He-Cd激光照射，-3V的偏压，12min的刻蚀时间，形成类似于半球体的出光窗口，最后将其放入到1∶10的HF溶液中漂洗掉金属掩膜层Ti；

3.电极制作步骤：

该电极制作步骤与实施例一相同。

实施例三，本发明器件的制作包括材料生长、窗口区制作和电极制作三个部分。

1.材料生长步骤：

该材料生长步骤与实施例一相同。

2.器件窗口区制作如图3所示，具体步骤如下：

第一步，在p型GaN帽层上采用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帽层上光刻出一圆形窗口，采用ICP二次刻蚀窗口区至p型低Al组分的p型AlGaN势垒层的一半处，形成圆柱体的出光窗口。

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帽层至低Al组分的p型AlGaN势垒层，刻蚀深度为90nm，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，采用紫外光辅助湿法刻蚀工艺，形成类似于半球体的出光窗口W。

首先，在n型AlGaN台面和p型GaN帽层上光刻出湿法刻蚀的掩膜图形，采用电子束蒸发工艺，在掩膜图形区蒸发湿法掩膜金属层Ti，之后将其放入到70℃的KOH溶液中3min，进行湿法刻蚀前的预处理，然后对其进行紫外光辅助湿法刻蚀，采用KOH电解液，其湿法刻蚀的工艺参数分别为：325nm的He-Cd激光照射，-4V的偏压，10min的刻蚀时间，形成类似于半球体的出光窗口，最后将其放入到1∶10的HF溶液中漂洗掉金属掩膜层Ti。

3.电极制作步骤：

该电极制作步骤与实施例一相同。

实施例四，本发明器件的制作包括材料生长、器件制作和电极制作三个部分。

1.材料生长步骤：

该材料生长步骤与实施例一相同。

2.器件窗口区制作如图3所示，具体步骤如下：

第一步，在p型GaN帽层上采用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帽层上光刻出一圆形窗口，采用RIE二次刻蚀窗口区至低Al组分的p型AlGaN势垒层的一半处，形成圆柱体的出光窗口。

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帽层至低Al组分的p型AlGaN层，刻蚀深度为90nm，刻蚀采用的气体为Cl₂/BCl₃，刻蚀采用的电极功率为80W，偏压为210V，压力为10mT，刻蚀时间为210s，形成圆柱状的出光窗口。

第三步，采用紫外光辅助湿法刻蚀工艺，形成类似于半球体的出光窗口W。

首先，在n型AlGaN台面和p型GaN帽层上光刻出湿法刻蚀的掩膜图形，采用电子束蒸发工艺，在掩膜图形区蒸发湿法掩膜金属层Ti，之后将其放入到80℃的KOH溶液中3min，进行湿法刻蚀前的预处理，然后对其进行紫外光辅助湿法刻蚀，采用KOH电解液，其湿法刻蚀的工艺参数分别为：325nm的He-Cd激光照射，-4V的偏压，13min的刻蚀时间，形成类似于半球体的出光窗口，最后将其放入到1∶10的HF溶液中漂洗掉金属掩膜层Ti。

3.电极制作步骤：

该电极制作步骤与实施例一相同。

实施例五，本发明器件的制作包括材料生长、器件制作和电极制作三个部分。

1.材料生长步骤：

该材料生长步骤与实施例一相同。

2.器件窗口区制作如图3所示，具体步骤如下：

第一步，在p型GaN帽层上采用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帽层上光刻出一圆形窗口，采用RIE二次刻蚀窗口区至低Al组分的p型AlGaN势垒层的一半处，形成圆柱体的出光窗口。

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帽层至低Al组分的p型AlGaN势垒层，刻蚀深度为90nm，刻蚀采用的气体为Cl₂/BCl₃，刻蚀采用的电极功率为350W，偏压为485V，压力为7mT，刻蚀时间为155s，形成圆柱状的出光窗口。

第三步，采用紫外光辅助湿法刻蚀工艺，形成类似于半球体的出光窗口W。

首先，在n型AlGaN台面和p型GaN帽层上光刻出湿法刻蚀的掩膜图形，采用电子束蒸发工艺，在掩膜图形区蒸发湿法掩膜金属层Ti，之后将其放入到80℃的KOH溶液中3min，进行湿法刻蚀前的预处理，然后对其进行紫外光辅助湿法刻蚀，采用KOH电解液，其湿法刻蚀的工艺参数分别为：325m的He-Cd激光照射，-5V的偏压，10min的刻蚀时间，形成类似于半球体的出光窗口，最后将其放入到1∶10的HF溶液中漂洗掉金属掩膜层Ti。

3.电极制作步骤：

该电极制作步骤与实施例一相同。

实施例六，本发明器件的制作包括材料生长、器件制作和电极制作三个部分。

1.材料生长步骤：

该材料生长步骤与实施例一相同。

2.器件窗口区制作如图3所示，具体步骤如下：

第一步，在p型GaN帽层上采用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300m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帽层上光刻出一圆形窗口，采用RIE二次刻蚀窗口区至低Al组分的p型AlGaN势垒层的一半处，形成圆柱状的出光窗口。

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帽层至低Al组分的p型AlGaN势垒层，刻蚀深度为90nm，刻蚀采用的气体为Cl₂/BCl₃，刻蚀采用的电极功率为400W，偏压为620V，压力为5mT，刻蚀时间为80s，形成形成圆柱状的出光窗口。

第三步，采用紫外光辅助湿法刻蚀工艺，形成类似于半球体的出光窗口W。

首先，在n型AlGaN台面和p型GaN帽层上光刻出湿法刻蚀的掩膜图形，采用电子束蒸发工艺，在掩膜图形区蒸发湿法掩膜金属层Ti，之后将其放入到80℃的KOH溶液中3min，进行湿法刻蚀前的预处理，然后对其进行紫外光辅助湿法刻蚀，采用KOH电解液，其湿法刻蚀的工艺参数分别为：325nm的He-Cd激光照射，-6V的偏压，8min的刻蚀时间，形成类似于半球体的出光窗口，最后将其放入到1∶10的HF溶液中漂洗掉金属掩膜层Ti；

3.电极制作步骤：

该电极制作步骤与实施例一相同。

Claims (2)

1.一种AlGaN基蓝宝石衬底的紫外LED器件的制作方法，包括：

A.材料生长步骤：在蓝宝石基片上，利用MOCVD工艺，按照自下而上的顺序生长低温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帽层；

B.窗口区(W)制作步骤：

(B1)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；

(B2)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低Al组分的p型AlGaN层，形成圆柱体的出光窗口，其刻蚀工艺参数分别为：180W-600W的上电极功率，0-150V的偏压，1-3Pa的压力、100-230s的刻蚀时间；

(B3)在n型AlGaN台面和p型GaN帽层上光刻出湿法刻蚀的掩膜图形，采用电子束蒸发工艺，在掩膜图形区蒸发湿法掩膜金属层Ti，之后将其放入到70℃的KOH溶液中3min，进行湿法刻蚀前的预处理；

(B4)采用KOH电解液对预处理后的样片进行光辅助湿法刻蚀，形成类似于半球体的出光窗口，其湿法刻蚀工艺参数分别为：325nm的He-Cd激光照射，-2V--4V的偏压，10-15min的刻蚀时间；之后将其放入到1∶10的HF溶液中漂洗掉金属掩膜层Ti；

C.电极制作步骤：

(C1)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；

(C2)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AlGaN基蓝宝石衬底的紫外LED器件的制作方法，包括：

1.材料生长步骤：在蓝宝石基片上，利用MOCVD工艺，按照自下而上的顺序生长低温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帽层；

2.窗口区(W)制作步骤：

(2a)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；

(2b)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低Al组分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：80W-400W的电极功率，210-620V的偏压，5-10mT的反应室压力，80-210s的刻蚀时间；

(2c)在n型AlGaN台面和p型GaN帽层上光刻出湿法刻蚀的掩膜图形，采用电子束蒸发工艺，在掩膜图形区蒸发湿法掩膜金属层Ti，之后将其放入到80℃的KOH溶液中3min，进行湿法刻蚀前的预处理；

(2d)采用KOH电解液对预处理后的样片进行光辅助湿法刻蚀，形成类似于半球体的出光窗口，其湿法刻蚀工艺参数分别为：325nm的He-Cd激光照射，-4V--6V的偏压，8-13min的刻蚀时间；之后将其放入到1∶10的HF溶液中漂洗掉金属掩膜层Ti；

3.电极制作步骤：

(3a)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；

(3b)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。

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