CN105047775A - 一种紫外发光二极管外延片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外发光二极管外延片及其制作方法，属于半导体技术领域。所述紫外发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层、P型层，所述多量子阱层包括交替生长的AlGaN层和InGaN层，所述紫外发光二极管外延片还包括层叠在所述衬底和所述缓冲层之间的图形化反光层，图形化反光层包括Al膜和层叠在Al膜上的AlN层。本发明通过在衬底和缓冲层之间设置Al膜，由于Al在整个紫外波段具有近90％的高反射率，因此可以将多量子阱产生的紫外光中射向衬底的部分反射出去，提高紫外发光二极管的出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种紫外发光二极管及其制作方法。
背景技术
紫外发光二极管(UVLightEmittingDiode，简称UVLED)是一种固态紫外光源，它具有无污染、体积小、能耗低、寿命长等诸多优势，广泛应用在医疗卫生(如杀菌消毒、癌症检测、皮肤病治疗)、环保(如二恶英、多氯联苯、农药等污染物的快速分解，水与空气的净化)、照明(如高显色指数的白光发光二极管)等领域。
外延片是制造LED的重要部件。现有的紫外发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层和P型层。其中，多量子阱层包括交替生长的AlGaN层和InGaN层。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
AlGaN材料存在缺陷密度高的问题，从而导致紫外发光二极管的发光效率较低，波长为320nm的紫外发光二极管的发光效率普遍在1％以下。
发明内容
为了解决现有技术紫外发光二极管的发光效率较低的问题，本发明实施例提供了一种紫外发光二极管外延片及其制作方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种紫外发光二极管外延片，所述紫外发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层、P型层，所述多量子阱层包括交替生长的AlGaN层和InGaN层，所述紫外发光二极管外延片还包括层叠在所述衬底和所述缓冲层之间的图形化反光层，所述图形化反光层包括Al膜和层叠在Al膜上的AlN层，部分所述缓冲层直接层叠在所述衬底上。
可选地，所述Al膜的厚度为50-1000nm。
可选地，所述AlN层的厚度为5-30nm。
可选地，所述图形化反光层的图案由若干相交错排列的凸块组成，所述凸块为三角锥或圆柱体。
另一方面，本发明实施例提供了一种紫外发光二极管外延片的制作方法，所述制作方法包括：
在衬底上形成图形化的Al膜；
将所述Al膜的表面氮化，形成AlN层，所述Al膜和所述AlN层组成图形化反光层；
在所述AlN层和部分所述衬底上依次形成缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层、P型层，所述多量子阱层包括交替生长的AlGaN层和InGaN层。
可选地，所述Al膜的厚度为50-1000nm。
可选地，所述AlN层的厚度为5-30nm。
可选地，所述图形化反光层的图案由若干交错排列的凸块组成，所述凸块为三角锥或圆柱体。
在本发明一种可能的实现方式中，所述在衬底上形成图形化的Al膜，包括：
采用电子束蒸发在衬底上沉积一层Al膜；
在所述Al膜的部分区域，采用感应耦合等离子体ICP刻蚀掉所述Al膜直至露出所述衬底，形成图形化的Al膜。
在本发明另一种可能的实现方式中，所述将所述Al膜的表面氮化，形成AlN层，包括：
利用等离子体产生的活性N原子将所述Al膜的表面氮化，形成AlN层；或者，
在金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD设备内利用NH3将所述Al膜的表面氮化，形成AlN层。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在衬底和缓冲层之间设置Al膜，由于Al在整个紫外波段具有近90％的高反射率，因此可以将多量子阱产生的紫外光中射向衬底的部分反射出去，提高紫外发光二极管的出光效率。而且在Al膜和缓冲层之间设置AlN层，由于GaN生长在AlN层上，因此可以克服GaN不能生长在Al膜上的难题，使采用Al提高紫外发光二极管出光效率可以实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种紫外发光二极管外延片的结构示意图；
图2a和图2b是本发明实施例一提供的图形化反光层横截面的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种紫外发光二极管外延片的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种紫外发光二极管外延片，参见图1，该紫外发光二极管外延片包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的图形化反光层、缓冲层4、未掺杂GaN层5、N型层6、多量子阱层7、P型层8，图形化反光层包括Al膜2和层叠在Al膜上的AlN层3，部分缓冲层4直接层叠在衬底1上。其中，多量子阱层7包括交替生长的AlGaN层和InGaN层。
可选地，Al膜2的厚度可以为50-1000nm。当Al膜2的厚度小于50nm时，Al膜2无法有效反射紫外光，进而影响紫外发光二极管出光效率的提高；当Al膜2的厚度大于1000nm时，Al膜在后续的高温生长过程中会膨胀，造成外延片损坏，降低外延片的良率。
优选地，Al膜2的厚度可以为50-1000nm。
可选地，AlN层3的厚度可以为5-30nm。当AlN层3的厚度小于5nm时，AlN层3无法保证后续外延结构有效沉积；当AlN层3的厚度大于30nm时，会影响外延片的晶体质量。
优选地，AlN层3的厚度可以为5-30nm。
可选地，参见图2a，图形化反光层的图案可以由若干交错排列的凸块组成，凸块为三角锥或圆柱体。当图形化反光层的图案可以由若干交错排列的凸块组成时，图形化反光层可以达到图形化蓝宝石衬底(PatternedSapphireSubstrate，简称PSS)的效果，一方面有效减小GaN材料的位错密度，另一方面改变了全反射光的出射角，进一步提高了光的提取效率。另外，实验结果表明，凸块为三角锥或圆柱体时，紫外发光二极管出光效率的提高效果较好。
其中，该凸块为图形化反光层覆盖在衬底1上的部分，各凸块之间的部分为上面直接层叠缓冲层4的衬底1。
可选地，参见图2b，图形化反光层的图案也可以由若干整齐排列的凸块组成，凸块为三角锥或圆柱体。
具体地，衬底1可以为蓝宝石衬底。缓冲层4可以为GaN层。N型层6可以为N型掺杂的GaN层。P型层8可以包括P型电子阻挡层和P型接触层。
本发明实施例通过在衬底和缓冲层之间设置Al膜，由于Al在整个紫外波段具有近90％的高反射率，因此可以将多量子阱产生的紫外光中射向衬底的部分反射出去，提高紫外发光二极管的出光效率。而且在Al膜和缓冲层之间设置AlN层，由于GaN生长在AlN层上，因此可以克服GaN不能生长在Al膜上的难题，使采用Al提高紫外发光二极管出光效率可以实现。另外，通过将Al膜图形化和表面氮化，无需图形化蓝宝石衬底(节省了此方面的制造成本)，直接在平的衬底上沉积Al膜，也可以实现在表面氮化后的Al膜上进行外延生长，简单方便、成本低廉，适用于工业化大规模生产制造；同时也能达到图形化蓝宝石衬底的效果，改变全反射的光的反射方向，使其再次出射，进一步提高了紫外发光二极管的出光效率。
实施例二
本发明实施例提供了一种紫外发光二极管外延片的制作方法，参见图3，该制作方法包括：
步骤201：在衬底上形成图形化的Al膜。
具体地，衬底1可以为蓝宝石衬底。
可选地，Al膜的厚度可以为50-1000nm。
可选地，Al膜的图案可以由若干交错排列的凸块组成，凸块为三角锥或圆柱体。
在本实施例的一种实现方式中，该步骤201可以包括：
采用电子束蒸发在衬底上沉积一层Al膜；
在Al膜的部分区域，采用感应耦合等离子体(InductivelyCoupledPlasma，简称ICP)刻蚀掉Al膜直至露出衬底，形成图形化的Al膜。
步骤202：将Al膜的表面氮化，形成AlN层。
其中，Al膜和AlN层组成图形化反光层。
可选地，AlN层的厚度可以为5-30nm。
在本实施例的一种实现方式中，该步骤202可以包括：
利用等离子体产生的活性N原子将Al膜的表面氮化，形成AlN层。
在本实施例的另一种实现方式中，该步骤202可以包括：
在金属有机化合物化学气相沉淀(MetalOrganicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD)设备内利用NH3将Al膜的表面氮化，形成AlN层。
步骤203：在AlN层和部分衬底上依次形成缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层、P型层。
在本实施例中，多量子阱层包括交替生长的AlGaN层和InGaN层。
具体地，缓冲层可以为GaN层。N型层可以为N型掺杂的GaN层。P型层可以包括P型电子阻挡层和P型接触层。
本发明实施例通过在衬底和缓冲层之间设置Al膜，由于Al在整个紫外波段具有近90％的高反射率，因此可以将多量子阱产生的紫外光中射向衬底的部分反射出去，提高紫外发光二极管的出光效率。而且在Al膜和缓冲层之间设置AlN层，由于GaN生长在AlN层上，因此可以克服GaN不能生长在Al膜上的难题，使采用Al提高紫外发光二极管出光效率可以实现。另外，通过将Al膜图形化和表面氮化，无需图形化蓝宝石衬底(节省了此方面的制造成本)，直接在平的衬底上沉积Al膜，也可以实现在表面氮化后的Al膜上进行外延生长，简单方便、成本低廉，适用于工业化大规模生产制造；同时也能达到图形化蓝宝石衬底的效果，改变全反射的光的反射方向，使其再次出射，进一步提高了紫外发光二极管的出光效率。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种紫外发光二极管外延片，所述紫外发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层、P型层，所述多量子阱层包括交替生长的AlGaN层和InGaN层，其特征在于，所述紫外发光二极管外延片还包括层叠在所述衬底和所述缓冲层之间的图形化反光层，所述图形化反光层包括Al膜和层叠在所述Al膜上的AlN层，部分所述缓冲层直接层叠在所述衬底上。
2.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述Al膜的厚度为50-1000nm。
3.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述AlN层的厚度为5-30nm。
4.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述图形化反光层的图案由若干交错排列的凸块组成，所述凸块为三角锥或圆柱体。
5.一种紫外发光二极管外延片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在衬底上形成图形化的Al膜；
将所述Al膜的表面氮化，形成AlN层，所述Al膜和所述AlN层组成图形化反光层；
在所述AlN层和部分所述衬底上依次形成缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层、P型层，所述多量子阱层包括交替生长的AlGaN层和InGaN层。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述Al膜的厚度为50-1000nm。
7.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述AlN层的厚度为5-30nm。
8.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述图形化反光层的图案由若干交错排列的凸块组成，所述凸块为三角锥或圆柱体。
9.根据权利要求5-8任一项所述的制作方法，其特征在于，所述在衬底上形成图形化的Al膜，包括：
采用电子束蒸发在衬底上沉积一层Al膜；
在所述Al膜的部分区域，采用感应耦合等离子体ICP刻蚀掉所述Al膜直至露出所述衬底，形成图形化的Al膜。
10.根据权利要求5-8任一项所述的制作方法，其特征在于，所述将所述Al膜的表面氮化，形成AlN层，包括：
利用等离子体产生的活性N原子将所述Al膜的表面氮化，形成AlN层；或者，
在金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD设备内利用NH3将所述Al膜的表面氮化，形成AlN层。
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