CN103681996B - 一种紫外发光二极管及其制备方法 - Google Patents
一种紫外发光二极管及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103681996B CN103681996B CN201310487194.8A CN201310487194A CN103681996B CN 103681996 B CN103681996 B CN 103681996B CN 201310487194 A CN201310487194 A CN 201310487194A CN 103681996 B CN103681996 B CN 103681996B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- type
- led
- layer
- layers
- shaped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 21
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 11
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 10
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 8
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims description 8
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 5
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dizinc;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].[Zn+2].[Zn+2] JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N indium;tin;hydrate Chemical compound O.[In].[Sn] MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims 1
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 17
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 2
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000013528 metallic particle Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 2
- 238000000054 nanosphere lithography Methods 0.000 description 2
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- HGUFODBRKLSHSI-UHFFFAOYSA-N 2,3,7,8-tetrachloro-dibenzo-p-dioxin Chemical compound O1C2=CC(Cl)=C(Cl)C=C2OC2=C1C=C(Cl)C(Cl)=C2 HGUFODBRKLSHSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 241001025261 Neoraja caerulea Species 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 150000003071 polychlorinated biphenyls Chemical class 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000017520 skin disease Diseases 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
- H01L33/105—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector with a resonant cavity structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开一种紫外发光二极管及其制备方法。所述发光二极管包括：衬底，AlN本征层，n型AlxGa1‑xN层，AlxGa1‑xN多量子阱层，p型AlxGa1‑xN电子阻挡层，P型GaN层，纳米金属颗粒结构，电流扩展层，p型电极，n型电极，倒装基板。本发明利用纳米金属颗粒结构的表面等离激元对材料发光的增强效应来提高AlGaN基紫外发光二极管里AlGaN量子阱的内量子效率，提高了紫外发光二极管的发光效率。本发明采用纳米球刻蚀技术制备纳米金属颗粒结构，需的仪器设备相当低廉，且工艺容易操作，可以在比较宽范围内调控共振波长，适用于多个波段紫外发光二极管应用，适合于工业化大规模生产制造使用。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种紫外发光二极管及其制备方法。
背景技术
目前所用的传统紫外光源是气体激光器和汞灯，存在着低效率、体积大、不环保和电压高等缺点。与之相反，基于AlGaN半导体材料的紫外发光二极管是一种固态紫外光源，它具有无汞污染、波长可调、体积小、集成性好、能耗低、寿命长等诸多优势，在杀菌消毒、癌症检测、皮肤病治疗等医疗卫生领域，在二恶英、多氯联苯、农药等污染物快速分解、以及水与空气净化等环保领域，在高显色指数白光照明能源领域，大容量信息传输和存储等信息领域具有广泛应用。然而与外量子效率已高达85%以上的InGaN基蓝光LED相比，目前AlGaN基紫外发光二极管的发光功率和效率还远不能令人满意，波长短于320nm的UV-LED的发光效率普遍在1%以下。导致高Al组分AlGaN基深紫外LED效率偏低的一个主要原因是AlGaN材料缺陷密度高的问题。由于很难获得III族氮化物的体材料衬底，AlGaN紫外发光二极管的外延通常只能在蓝宝石等异质衬底上进行。由于这些异质衬底的晶格常数不同于高铝组分的AlGaN材料，并且由于Al原子的表面迁移率很低，在高铝组分AlGaN的外延生长过程中，抵达反应界面的Al原子难以迁移到台阶或者扭结这些能量的最低点，因此无法完成理想的二维外延生长，导致高Al组分的AlGaN薄膜由许多马赛克状分布的细小亚晶粒组成。在这些亚晶粒之间，会形成在密度高达109～1011cm-2的穿透位错。材料中的穿透位错起着非辐射复合中心的作用，过高的位错密度会强烈降低LED的内量子效率。虽然可以通过不断优化AlGaN材料的外延生长工艺，尽量抑制里面缺陷的形成，比如美国SET公司的Max Shatalov等人主要通过采用迁移增强型MOCVD生长出了厚达10μm的高质量AlN模板，使得器件外延结构的量子阱区所有位错密度在2×108cm-2以下，成功实现了外量子效率高达10.4%的278nm深紫外LED。但总的来说，单纯通过改善材料外延生长工艺提高AlGaN基深紫外LED的内量子效率的潜力已十分有限，因此如何运用新原理和新机制来提高其内量子效率已成为目前一个迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明为了解决上述的AlGaN基紫外LED里高缺陷密度所引起的辐射复合效率低的问题，提供一种紫外发光二极管及其制备方法，提高自发辐射速率，从而提高发光器件的内量子效率。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种紫外发光二极管，包括：
衬底；
AlN本征层，形成在所述衬底上；
n型AlxGa1-xN层，形成在所述AlN层上，且所述n型AlxGa1-xN层具有第一表面和第二表面；
AlxGa1-xN多量子阱层，形成在所述n型AlxGa1-xN层的第一表面上；
p型AlxGa1-xN电子阻挡层，形成在所述AlxGa1-xN多量子阱层上；
P型GaN层，形成在所述p型AlxGa1-xN电子阻挡层上；
纳米金属颗粒结构，形成在所述P型GaN层上；
电流扩展层，形成在所述纳米金属颗粒结构上；
p型电极，形成在所述电流扩展层上；
n型电极，形成在所述n型AlxGa1-xN层的第二表面上；
倒装基板，通过焊料分别与所述p型电极和所述n型电极焊接。
进一步地，所述衬底是蓝宝石、碳化硅或AlN；所述AlN本征层的厚度在0-10微米之间；所述n型AlxGa1-xN层的Al组分为0-100%，厚度为0.1-10微米；所述AlxGa1-xN多量子阱层的Al组分为0-100%，厚度为1-500纳米；所述p型AlxGa1-xN电子阻挡层Al组分为0-100%，厚度为1-200纳米；所述p型GaN层厚度为1-200纳米。
进一步地，所述金属纳米颗粒结构的材料为Al及其合金材料或Ag及其合金材料，所述金属纳米颗粒结构中的金属纳米颗粒的直径为1-500纳米。
进一步地，所述电流扩展层为与所述p型GaN层形成欧姆接触的非金属导电层。
进一步地，所述电流扩展层为氧化铟锡、氧化镓锌或氧化铝锌。
一种紫外发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
（1）在衬底上，生长AlN本征层；
（2）在所述AlN本征层上，生长n型AlxGa1-xN层；
（3）在所述n型AlxGa1-xN层上，生长AlxGa1-xN多量子阱层；
（4）在所述AlxGa1-xN多量子阱层上，生长p型AlxGa1-xN电子阻挡层；
（5）在所述p型AlxGa1-xN电子阻挡层上生长p型GaN层，得到紫外发光二极管外延片；
（6）在所述紫外发光二极管外延片上制备纳米金属颗粒结构；
（7）在所述纳米金属颗粒结构上沉积电流扩展层；
（8）刻蚀所述紫外发光二极管外延片至n型AlxGa1-xN层，形成n型AlxGa1-xN层台面；
（9）在所述n型AlxGa1-xN层台面上光刻出n型电极的图形，然后在n型电极图形区沉积金属形成n型电极；
（10）在所述电流扩展层上光刻出p型电极的图形，然后在p型电极图形区沉积p型电极，得到紫外发光二极管芯片；
（11）将所述紫外发光二极管芯片倒装焊到倒装基板上，得到紫外发光二极管。
进一步地，所述步骤（6）具体包括如下步骤：
步骤A：使用尺寸相同的纳米胶体球，在所述紫外发光二极管外延片上形成纳米球层；
步骤B：将所述纳米球层作为沉积掩板，沉积金属薄膜，填充所述纳米胶体球之间的空隙；
步骤C：再通过剥离工艺就可以得到纳米金属颗粒结构。
进一步地，所述步骤（8）具体包括如下步骤：在所述紫外发光二极管外延片上光刻出n型区台面图案，然后将n型区台面图案上的纳米Al颗粒结构和电流扩展层腐蚀掉，再刻蚀所述紫外发光二极管外延片至n型AlxGa1-xN层，形成n型AlxGa1-xN台面。
进一步地，所述步骤（9）具体包括如下步骤：在所述n型AlxGa1-xN层台面上光刻出n型电极的图形，在电极图形区沉积n电极金属层，然后将所述紫外发光二极管外延片放入到快速退火炉中在快速退火形成n型电极。
进一步地，所述步骤（11）具体包括如下步骤：
在所述紫外发光二极管芯片上用PECVD沉积二氧化硅或氮化硅钝化层，在所述钝化层上光刻出倒装焊点金属沉积图形；
用RIE工艺刻蚀掉所述焊点金属沉积图形区域上的钝化层，再在所述焊点金属沉积图形区域上用热蒸发工艺沉积AuSn焊料，并将所述紫外发光二极管芯片倒装焊到倒装基板上，得到紫外发光二极管。
与现有技术方案相比，本发明采用的技术方案的有益效果如下：
本发明利用纳米金属颗粒结构的表面等离激元对材料发光的增强效应来提高AlGaN基紫外发光二极管里AlGaN量子阱的内量子效率，提高了紫外发光二极管的发光效率。本发明中纳米金属颗粒结构上的电流扩展层可以使得纳米金属颗粒结构的表面等离激元特性不受p型区金属电极薄膜的负面影响，并可有效起到电流扩展作用，降低工作电压。
本发明采用纳米球刻蚀技术制备纳米金属颗粒结构，此技术所需的仪器设备相当低廉，且工艺容易操作，只需变化不同纳米颗粒球的粒径，便可在各种基板上得到不同纳米尺寸的大面积纳米金属颗粒周期阵列结构，可以在比较宽范围内调控共振波长，适用于多个波段紫外发光二极管应用，适合于工业化大规模生产制造使用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的紫外发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。
本发明提出利用纳米金属结构的表面等离激元（Surface Plasmon,SP）对材料发光的增强效应来提高AlGaN基深紫外LED里AlGaN量子阱的内量子效率。金属结构具有独特的光学特性，在光激发条件下，其导带电子会集体振荡产生表面等离激元，当光的频率接近某一特征频率时会产生共振，表面等离激元会对光产生强烈的吸收和散射，并在金属结构表面附近形成很强的局域场。该特征频率称为共振频率，由金属结构的尺寸、形状和介电环境等因素决定。在共振频率处，表面等离激元的色散曲线变化十分平缓，因此在共振频率处的态密度是非常高的。当半导体材料的发光中心处在表面等离激元的局域场内时，两者产生强烈耦合，发光中心处的局域场得到增强，辐射跃迁的光子态密度得到增大，根据费米黄金定则，发光中心的能量以极快辐射跃迁速率向表面等离激元传递能量，从而相应地减少了在材料缺陷处的非辐射复合机会。因此，原理上可以利用表面等离激元与AlGaN基深紫外LED里的AlGaN量子阱进行耦合发光，提高自发辐射速率，从而提高发光器件的内量子效率。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种紫外发光二极管，包括：衬底101、形成在衬底101上的AlN本征层102、形成在AlN层102上的n型AlxGa1-xN层103、形成在n型AlxGa1-xN层103的第一表面上的AlxGa1-xN多量子阱层104、形成在AlxGa1-xN多量子阱层104上的p型AlxGa1-xN电子阻挡层105、形成在p型AlxGa1-xN电子阻挡层105上的P型GaN层106、形成在P型GaN层106上的纳米金属颗粒结构107、形成在纳米金属颗粒结构107上的电流扩展层108、形成在电流扩展层108上的p型电极109、形成在n型AlxGa1-xN层103的第二表面上的n型电极110、通过焊料111分别与p型电极109和n型电极焊接的倒装基板112。
进一步地，衬底101是蓝宝石、碳化硅或AlN。AlN本征层102的厚度为0-10微米，优选地，AlN本征层102的厚度为1000nm。n型AlxGa1-xN层103的Al组分为0-100%，厚度为0.1-10微米，优选地，n型AlxGa1-xN层103是厚度为2000nm的Si掺杂浓度在1020cm-3的Al0.6Ga0.4N层。AlxGa1-xN多量子阱层104的Al组分为0-100%，厚度为1-500纳米，优选地，AlxGa1-xN多量子阱层104为Al0.6Ga0.4N/Al0.4Ga0.6N多量子阱层，Al0.6Ga0.4N势垒层厚度为10nm，Al0.4Ga0.6N阱层厚度为3nm，量子阱的周期为10个。p型AlxGa1-xN电子阻挡层105的Al组分为0-100%，厚度为1-200纳米，优选地，p型AlxGa1-xN电子阻挡层105是厚度为5nm的p型Al0.9Ga0.1N电子阻挡层。p型GaN层106厚度为1-200纳米，优选地，p型GaN层106厚度为10nm。p型AlGaN层和p型GaN层的厚度总和优化为5-30nm。
进一步地，金属纳米颗粒结构107的材料为Al及其合金材料或Ag及其合金材料，纳米颗粒的形状不限，所述金属纳米颗粒结构中的金属纳米颗粒直径为1-500纳米。
进一步地，电流扩展层108为与p型GaN层106形成欧姆接触的非金属导电层，非金属导电层的材料为氧化铟锡、氧化镓锌或氧化铝锌等材料。电流扩展层的厚度没有限制，但优化为50-1000nm纳米。
实施例2：
本实施例提供一种紫外发光二极管制备方法，具体包括如下步骤：
（1）在衬底上，生长AlN本征层；
具体地，在蓝宝石衬底上，利用MOCVD工艺，将衬底温度降低为600℃，生长厚度为20nm的低温AlN成核层，然后将生长温度升高到1300℃，生长厚度为1000nm的AlN本征层。
（2）在AlN本征层上，生长n型AlxGa1-xN层；
具体地，在AlN本征层上，使生长温度保持在1150℃，生长厚度为2000nm的Si掺杂浓度在1×1020cm-3的n型Al0.6Ga0.4N层。
（3）在n型AlxGa1-xN层上，生长AlxGa1-xN多量子阱层；
具体地，在n型Al0.6Ga0.4N层上，生长温度保持在1150℃，生长Al0.6Ga0.4N/Al0.4Ga0.6N多量子阱层，Al0.6Ga0.4N势垒层厚度为10nm，Al0.4Ga0.6N阱层厚度为3nm，量子阱的周期为10个。
（4）在AlxGa1-xN多量子阱层上，生长p型AlxGa1-xN电子阻挡层；
具体地，生长温度保持在1150℃，在Al0.6Ga0.4N/Al0.4Ga0.6N多量子阱层上，生长5nm厚的p型Al0.9Ga0.1N电子阻挡层。
（5）在p型AlxGa1-xN电子阻挡层上生长p型GaN层，得到紫外发光二极管外延片；
具体地，生长温度保持在1150℃，在p型Al0.9Ga0.1N电子阻挡层上生长厚度为10nm的p型GaN层。
（6）在紫外发光二极管外延片上制备纳米金属颗粒结构；
具体地，步骤A：使用尺寸相同的直径在500纳米的聚苯乙烯球作为纳米胶体球，通过旋涂法，在紫外发光二极管外延片上利用“自组装效应”制成以六方最密堆积形式排列成的纳米球阵列；
步骤B：将纳米球阵列作为沉积掩板，通过电子束蒸发来沉积60纳米厚的Al金属薄膜，填充纳米胶体球之间的空隙；本实施例中，金属薄膜的材料还可以是Al的合金材料、Ag及其合金材料；
步骤C：再通过剥离工艺，比如加热退火的方式，去除纳米胶体球，就可以在紫外发光二极管外延片表面上留下近三角形状的纳米金属颗粒结构；再经过持续升温的热退火，将三角形的纳米金属颗粒结构转变为圆形纳米微粒。
（7）在纳米金属颗粒结构上沉积电流扩展层；
具体地，采用电子束蒸发工艺，在Al纳米金属颗粒结构上沉积200nm厚的ITO电流扩展层。
（8）刻蚀所述紫外发光二极管外延片至n型AlxGa1-xN层，形成n型AlxGa1-xN层台面；
具体地，在紫外发光二极管外延片上光刻出n型区台面图案，然后用BOE腐蚀溶液将n型区台面图案上的纳米Al颗粒结构和ITO电流扩展层腐蚀掉，再采用ICP工艺刻蚀紫外发光二极管外延片至n型AlxGa1-xN层，形成n型AlxGa1-xN台面。
（9）在n型AlxGa1-xN层台面上光刻出n型电极的图形，然后在n型电极图形区沉积金属形成n型电极；
具体地，在n型AlxGa1-xN层台面上光刻出n型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在电极图形区依次蒸发厚度为100纳米的Ti和厚度为1微米的Al两层金属，然后将紫外发光二极管外延片放入到快速退火炉中在快速退火形成n型电极。
（10）在电流扩展层上光刻出p型电极的图形，然后在p型电极图形区沉积p型电极，得到紫外发光二极管芯片。
（11）将紫外发光二极管芯片倒装焊到倒装基板上，得到紫外发光二极管；
具体地，在紫外发光二极管芯片上用PECVD沉积200纳米厚度的二氧化硅或氮化硅钝化层，在二氧化硅或氮化硅钝化层上光刻出倒装焊点金属沉积图形；用RIE工艺刻蚀掉焊点金属沉积图形区域上的二氧化硅钝化层，再在焊点金属沉积图形区域上用热蒸发工艺沉积2微米厚度的AuSn焊料，并将紫外发光二极管芯片倒装焊到倒装基板上，得到紫外发光二极管。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
（1）本发明中的纳米金属颗粒结构可以与AlGaN基紫外LED里的AlGaN量子阱进行耦合发光，使得量子阱中的电子空穴对以极快辐射跃迁速率向表面等离激元传递能量，从而减少了电子空穴对在材料缺陷处的非辐射复合机会，提高了紫外LED的发光效率。
（2）纳米金属颗粒结构采用纳米球刻蚀技术制备，此法最大的特色就在于所需的仪器设备相当低廉，且工艺容易操作，只需变化不同纳米颗粒球的粒径，便可在各种基板上得到不同纳米尺寸的大面积纳米金属颗粒周期阵列结构，可以在比较宽范围内调控共振波长，适用于多个波段紫外LED应用，适合于工业化大规模生产制造使用。
（3）纳米金属颗粒结构上具有一层导电非金属薄膜作为p型区欧姆接触材料和电流扩展层。导电非金属薄膜可以使得纳米金属颗粒的表面等离激元特性不受p型区金属电极薄膜的负面影响，并可有效起到电流扩展作用，降低工作电压。
以上所述为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种紫外发光二极管，其特征在于，包括：
衬底；
AlN本征层，形成在所述衬底上；
n型AlxGa1-xN层，形成在所述AlN层上，且所述n型AlxGa1-xN层具有第一表面和第二表面；AlxGa1-xN多量子阱层，形成在所述n型AlxGa1-xN层的第一表面上；
p型AlxGa1-xN电子阻挡层，形成在所述AlxGa1-xN多量子阱层上；
P型GaN层，形成在所述p型AlxGa1-xN电子阻挡层上；
纳米金属颗粒结构，形成在所述P型GaN层上；
电流扩展层，形成在所述纳米金属颗粒结构上；
p型电极，形成在所述电流扩展层上；
n型电极，形成在所述n型AlxGa1-xN层的第二表面上；
倒装基板，通过焊料分别与所述p型电极和所述n型电极焊接；所述衬底是蓝宝石、碳化硅或AlN；所述AlN本征层的厚度在0-10微米之间；所述n型AlxGa1-xN层的Al组分为0-100％，厚度为0.1-10微米；所述AlxGa1-xN多量子阱层的Al组分为0-100％，厚度为1-500纳米；所述p型AlxGa1-xN电子阻挡层Al组分为0-100％，厚度为1-200纳米；所述p型GaN层厚度为1-10纳米；所述金属纳米颗粒结构的材料为Al及其合金材料或Ag及其合金材料，所述金属纳米颗粒结构中的金属纳米颗粒直径为1-500纳米。
2.如权利要求1所述的紫外发光二极管，其特征在于，所述电流扩展层为与所述p型GaN层形成欧姆接触的非金属导电层。
3.如权利要求1所述的紫外发光二极管，其特征在于，所述电流扩展层为氧化铟锡、氧化镓锌或氧化铝锌。
4.一种紫外发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在衬底上，生长AlN本征层；
(2)在所述AlN本征层上，生长n型AlxGa1-xN层；
(3)在所述n型AlxGa1-xN层上，生长AlxGa1-xN多量子阱层；
(4)在所述AlxGa1-xN多量子阱层上，生长p型AlxGa1-xN电子阻挡层；
(5)在所述p型AlxGa1-xN电子阻挡层上生长p型GaN层，得到紫外发光二极管外延片；
(6)在所述紫外发光二极管外延片上制备纳米金属颗粒结构；
(7)在所述纳米金属颗粒结构上沉积电流扩展层；
(8)刻蚀所述紫外发光二极管外延片至n型AlxGa1-xN层，形成n型AlxGa1-xN层台面；
(9)在所述n型AlxGa1-xN层台面上光刻出n型电极的图形，然后在n型电极图形区沉积金属形成n型电极；
(10)在所述电流扩展层上光刻出p型电极的图形，然后在p型电极图形区沉积p型电极，得到紫外发光二极管芯片；
(11)将所述紫外发光二极管芯片倒装焊到倒装基板上，得到紫外发光二极管；所述步骤(6)具体包括如下步骤：
步骤A：使用尺寸相同的纳米胶体球，在所述紫外发光二极管外延片上形成纳米球层；
步骤B：将所述纳米球层作为沉积掩板，沉积金属薄膜，填充所述纳米胶体球之间的空隙；
步骤C：再通过剥离工艺就可以得到纳米金属颗粒结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310487194.8A CN103681996B (zh) | 2013-10-17 | 2013-10-17 | 一种紫外发光二极管及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310487194.8A CN103681996B (zh) | 2013-10-17 | 2013-10-17 | 一种紫外发光二极管及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103681996A CN103681996A (zh) | 2014-03-26 |
| CN103681996B true CN103681996B (zh) | 2017-05-10 |
Family
ID=50318903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310487194.8A Active CN103681996B (zh) | 2013-10-17 | 2013-10-17 | 一种紫外发光二极管及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103681996B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108183151B (zh) * | 2018-01-09 | 2019-08-06 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led芯片及其制作方法 |
| CN108615797B (zh) * | 2018-04-28 | 2019-07-02 | 南京大学 | 具有表面等离激元圆台纳米阵列的AlGaN基紫外LED器件及其制备方法 |
| CN110047982B (zh) * | 2019-02-27 | 2020-07-07 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管、外延片及其制备方法 |
| CN110676357A (zh) * | 2019-08-28 | 2020-01-10 | 南京南邮信息产业技术研究院有限公司 | 一种超薄结构深紫外led及其制备方法 |
| CN111816740A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-10-23 | 北京蓝海创芯智能科技有限公司 | 一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构 |
| CN114171652B (zh) * | 2020-09-11 | 2024-04-19 | 北京大学 | 一种提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构及其应用 |
| CN112670383B (zh) * | 2020-12-25 | 2023-07-14 | 广东省科学院半导体研究所 | 一种紫外光电器件及其制备方法 |
| CN113328018B (zh) * | 2021-06-04 | 2022-08-19 | 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 | 半导体发光元件及其制备方法 |
| CN114583031B (zh) * | 2022-01-27 | 2024-06-21 | 南京邮电大学 | 一种基于LSPs耦合增强的紫外Micro-LED |
| US20240243239A1 (en) * | 2022-02-25 | 2024-07-18 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Light Emitting Device and Light Emitting Apparatus |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011216555A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 発光素子 |
| KR101134191B1 (ko) * | 2010-04-26 | 2012-04-09 | 전북대학교산학협력단 | 코어-쉘 나노입자를 이용한 표면 플라즈몬 공명-기반 발광 다이오드 |
| CN102544298A (zh) * | 2012-02-07 | 2012-07-04 | 厦门大学 | 有效提高外量子效率的深紫外发光二极管及其制备方法 |
| CN103346232A (zh) * | 2013-06-28 | 2013-10-09 | 厦门大学 | 一种深紫外发光二极管及其制备方法 |
| CN203596359U (zh) * | 2013-10-17 | 2014-05-14 | 武汉光电工业技术研究院有限公司 | 一种紫外发光二极管 |
-
2013
- 2013-10-17 CN CN201310487194.8A patent/CN103681996B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103681996A (zh) | 2014-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103681996B (zh) | 一种紫外发光二极管及其制备方法 | |
| TWI231077B (en) | Semiconductor light emitting device and its manufacturing method | |
| CN101874307B (zh) | 通过表面粗糙化的高光提取效率的基于氮化物的发光二极管 | |
| US8525198B2 (en) | Ultraviolet light emitting diode devices and methods for fabricating the same | |
| Jinmin et al. | Advances and prospects in nitrides based light-emitting-diodes | |
| TWI436424B (zh) | 半導體元件及其製造方法 | |
| CN105679910A (zh) | 一种高出光效率的深紫外发光二极管芯片及其制备方法 | |
| JP2008047860A (ja) | 表面凹凸の形成方法及びそれを利用した窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法 | |
| CN104810455A (zh) | 紫外半导体发光器件及其制造方法 | |
| KR20110013325A (ko) | 나노 패턴화 기판 및 에피택시 구조체 | |
| TW200905908A (en) | Semiconductor light-emitting element and process for making the same | |
| CN103094434A (zh) | ICP刻蚀GaN基多量子阱制备纳米阵列图形的方法 | |
| JP7167330B2 (ja) | 光取出し効率を向上させるための紫外ｌｅｄチップ及びその製造方法 | |
| US20150236194A1 (en) | Method of manufacturing microarray type nitride light emitting device | |
| TWI493747B (zh) | 發光二極體及其形成方法 | |
| CN107731975B (zh) | 一种纳米管led及其制作方法 | |
| CN102214748A (zh) | 一种氮化镓基垂直结构led外延结构及制造方法 | |
| CN204857768U (zh) | 紫外半导体发光器件 | |
| CN203596359U (zh) | 一种紫外发光二极管 | |
| CN110718614A (zh) | 一种提高光提取效率的紫外发光二极管芯片及其制作方法 | |
| CN101807648B (zh) | 引入式粗化氮极性面氮化镓基发光二极管及其制作方法 | |
| US10161046B2 (en) | Method for forming metal particle layer and light emitting device fabricated using metal particle layer formed by the method | |
| KR100652346B1 (ko) | 발광 다이오드 및 그 제조방법 | |
| KR101481722B1 (ko) | 발광소자 및 그 제조방법 | |
| KR101202731B1 (ko) | 수직형 발광 다이오드의 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160317 Address after: 430075 East Lake hi tech Development Zone, Wuhan, Hubei, No. 999, hi tech Avenue, Wuhan, C2 Applicant after: WUHAN UV LEDTEK Co.,Ltd. Address before: 430075 Wuhan Province, East Lake New Technology Development Zone, high tech Avenue, No. 999, No. Applicant before: WUHAN INDUSTRIAL INSTITUTE FOR OPTOELECTRONICS Co.,Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 5, 6, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 5th Floor, R&D Building, No. 1, Modern Service Industry Base, Science and Technology Park, Huazhong University of Science and Technology, No. 13, Daxueyuan Road, East Lake New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province, 430000 Patentee after: Wuhan Youweixin Technology Co.,Ltd. Address before: Building C2, Future Science and Technology City, No. 999 Gaoxin Avenue, Wuhan East Lake New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province 430075 Patentee before: WUHAN UV LEDTEK Co.,Ltd. |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A kind of ultraviolet light emitting diode and its preparation method Effective date of registration: 20220926 Granted publication date: 20170510 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Wuhan Youweixin Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2022420000324 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231101 Granted publication date: 20170510 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Wuhan Youweixin Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2022420000324 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A UV light-emitting diode and its preparation method Effective date of registration: 20231214 Granted publication date: 20170510 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Wuhan Youweixin Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980071681 |