CN105702816B - 一种氮化物发光二极管芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，涉及至少有一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件，是增强半导体掺杂效率和载流子浓度的深紫外发光二极管的制备方法，在发光二极管结构中引入绝缘层/半导体结构，通过外部电场实现半导体增强型效应，利用外加电压，实现能带弯曲，引起局部载流子浓度的增加，从而间接地提高掺杂效率，最终提高发光二极管的发光效率，本发明克服了现有技术为增加发光二极管掺杂效率和载流子浓度是采用在外延生长时进行控制，其要求控制精度高、工艺复杂和重复性差的缺陷。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及至少有一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件，具体地说是一种氮化物发光二极管芯片的制备方法。
背景技术
当前绿色节能已经成为全球趋势，而III-V族氮化物的半导体发光二极管技术由于具有绿色环保、高效节能和灵巧方便等特性，在显示、照明和背光领域得到广泛的应用。近年来，深紫外III-V族氮化物半导体发光二极管也引起了巨大的关注，在未来期间，深紫外发光二极管将产生巨大的经济效益，然而目前深紫外发光二极管中P-型半导体和N-型半导体的掺杂效率和载流子浓度较低，严重制约了发光二极管器件的内量子效率。
在增加发光二极管掺杂效率和载流子浓度方面的研究方面，现有技术中研究人员提出了利用AlGaN/GaN超晶格结构，一方面该超晶格结构内部会产生强烈的极化电场，从而提高受主杂质(Mg)的激活率，另外一方面AlGaN/GaN超晶格结构可以有效地屏蔽半导体材料内部的缺陷，从而减小自补偿效应，提高载流子的浓度；极化电场的另外一个应用价值是可以利用其产生三维空穴气，从而有效地增加掺杂效率和载流子浓度；此外，经过研究证实，Mg的δ掺杂也可以有效地改善p-型AlGaN材料的掺杂浓度，即周期性的关闭Al源和Ga源停止AlGaN薄膜的生长，持续通入NH3和Mg源，使Mg可以有充分的时间取代Al或者Ga原子，从而减小AlGaN材料的位错密度，抑制自补偿效应，进而提高空穴的浓度；另外一种提高半导体掺杂效率的方式是通过Mg-In共掺技术实现的。但是以上这些技术，都是在外延生长时进行控制，其要求控制精度高，工艺复杂，因此重复性比较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，是增强半导体掺杂效率和载流子浓度的深紫外发光二极管的制备方法，在发光二极管结构中引入绝缘层/半导体结构，通过外部电场实现半导体增强型效应，利用外加电压，实现能带弯曲，引起局部载流子浓度的增加，从而间接地提高掺杂效率，最终提高发光二极管的发光效率，克服了现有技术为增加发光二极管掺杂效率和载流子浓度是采用在外延生长时进行控制，其要求控制精度高、工艺复杂和重复性差的缺陷。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，步骤如下：
第一步，在MOCVD反应炉，即金属有机化合物化学气相沉淀反应炉中，将衬底在1200℃进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底表面外延生长一层厚度为10～50nm的缓冲层；
第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的缓冲层上依次外延生长厚度为2～8μm的N型半导体材料、多量子阱层和厚度为100～500nm的P-型半导体材料；
第四步，在第三步的得到的P-型半导体材料上沉积厚度为10～500nm的电流扩展层，并利用光刻和湿法刻蚀工艺制作电流扩展图形，即电流扩展层的长度短于P-型半导体材料，形成台阶图形Ⅰ；
第五步，在第四步得到的制品上面，通过光刻和干法刻蚀工艺使P-型半导体材料、多量子阱层和一部分N型半导体材料的长度短于衬底和缓冲层的长度，并曝露出一部分N型半导体材料，该曝露出的N型半导体材料部分与衬底和缓冲层等长，从而形成台阶图形Ⅱ；
第六步，在第五步得到的制品上面沉积一层绝缘层，所用材质为SiO2、Si3N4、金刚石、LiF或PMMA，厚度为5～300nm，是连续膜结构或非连续膜结构，再通过光刻和刻蚀技术使绝缘层一部分保留,绝缘层一部分保留的状况为以下三种状况中的任意一种：
a.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上，另一部分保留在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上，其中保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为0.01～100微米，保留在P型半导体材料上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为0.01～100微米，
b.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层只在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上保留一部分绝缘层，保留在P型半导体材料上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为0.01～100微米，
c.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层只在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上保留一部分绝缘层，保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为0.01～100微米；
第七步，在第六步得到的制品上面蒸镀P型电极，并通过光刻制作P型电极图案，该P型电极的P型电极图案保留的状况为以下二种状况中的任意一种：
a.使其一部分保留在电流扩展层上面，另一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层部分上面，且长度与N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层一致，
b.只使其保留在电流扩展层上面；
第八步，在第七步得到的制品上面蒸镀N型电极，并通过光刻制作N型电极图案，该N型电极的N型电极图案保留的状况为以下三种状况中的任意一种：
a.使其一部分保留在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上的绝缘层的上面，且长度与在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层的长度一致，另一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面，其与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上的绝缘层的距离为0.01～100微米，且长度与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层的长度一致，
b.使其一部分保留在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上的绝缘层的上面，且长度与在P型半导体材料的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层的长度一致，另一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面，
c.只使其保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面，与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上的绝缘层的距离为0.01～100微米，且其长度与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层的长度一致；
至此制得一种氮化物发光二极管芯片。
上述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，所述衬底为蓝宝石、Si、SiC、AlN、石英玻璃或GaN。
上述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，所述缓冲层、N型半导体材料和P-型半导体材料的材质均为氮化物四元半导体材料AlxInyGa1-x-yN,其中0≤x＜1，0≤y＜1，0≤1-x-y。
上述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，所述多量子阱层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N/Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，0≤1-x1-y1，0≤x2≤1,0≤y2≤1,0≤1-x2-y2，式中，量子垒Alx2Iny2Ga1-x2-y2N的厚度为5～50nm，量子阱Alx1Iny1Ga1-x1-y1N的厚度为1～10nm。
上述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，所述电流扩展层的材质为ITO、NiAu、氧化锌、石墨烯或铝。
上述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，所述P型电极的材质为CrPtAu。
上述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，所述N型电极的材质为TiAlTiAu。
上述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，所述绝缘层的非连续膜结构是由光刻加工制作的。
上述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，所述一种氮化物发光二极管芯片在工作时，在P型电极和N型半导体材料上的绝缘层上的电极接正电压，在N型电极和P型半导体材料上的绝缘层上的电极接负电压。
上述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，所述外延生长的工艺是通过本技术领域公知的金属有机化学气相沉积系统(MOCVD)、分子束外延系统(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)或等离子体增强化学气相系统(PECVD)来完成。
上述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，所述光刻工艺、干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺和蒸镀工艺是本技术领域公知的。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明具有如下的突出的实质性特点和显著进步：
(1)本发明一种氮化物发光二极管芯片的制备方法是增强半导体掺杂效率和载流子浓度的深紫外发光二极管的制备方法，在发光二极管结构中引入绝缘层/半导体结构，通过外部电场实现半导体增强型效应，利用外加电压，实现能带弯曲，引起局部载流子浓度的增加，从而间接地提高掺杂效率，最终提高发光二极管的发光效率。
(2)本发明提出的方案是在通过在半导体材料表面沉积一层绝缘层，并在绝缘层上面制作电极，当在P型半导体材料上的绝缘层上加上负电压或在N型半导体材料上的绝缘层上加上正电压时，绝缘层下面的半导体材料会形成增强型，增加半导体局域载流子的浓度，从而改善电流扩展，提高载流子的注入，提高发光二极管的发光效率。
(3)本发明方法克服了现有技术为增加发光二极管掺杂效率和载流子浓度是采用在外延生长时进行控制，其要求控制精度高、工艺复杂和重复性差的缺陷。
(4)本发明方法简单、易于操作、重复性强、成本较低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为现有技术中的一般发光二极管外延片结构示意图；
图2为在现有技术中的一般发光二极管外延片上沉积电流扩展层后的结构示意图；
图3为图2所示制品在利用光刻和湿法刻蚀所后制得的电流扩展层扩展图形的制品示意图。
图4为图3所示制品通过光刻和干法刻蚀工艺，曝露出一部分N型半导体材料103的示意图；
图5为在图4所示制品上沉积一层绝缘层，并通过光刻和刻蚀技术在使其部分保留在N型半导体材料和P型半导体材料上后的示意图；
图6为在图5所示制品上蒸镀P型电极，并通过光刻制作P型电极图案后所得制品的结构示意图。
图7为在图6所示制品上蒸镀N型电极，并通过光刻制作N型电极图案后所得制品的结构示意图。
图8为在图6所示制品中，只在P型半导体材料上保留绝缘层及绝缘层上面的N型电极的制品的结构示意图；
图9为在图6所示制品中，只在N型半导体材料上保留绝缘层及绝缘层上面的P型电极的制品的结构示意图；
图10为用现有技术将一般发光二极管外延片加工成的现有发光二极管芯片后的制品的结构示意图。
图11(a)为本发明方法通过绝缘层/半导体结构增加N-型半导体的局域电子浓度的原理及能带弯曲示意图；
图11(b)为本发明方法通过绝缘层/半导体结构增加P-型半导体的局域空穴浓度的原理及能带弯曲示意图。
图中，101.衬底，102.缓冲层，103.N型半导体材料，104.多量子阱层，105.P-型半导体材料，106.电流扩展层，107.绝缘层，108.P型电极，109.N型电极。
具体实施方式
图1所示实施例表明，现有技术中的一般发光二极管外延片从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、N型半导体材料103、多量子阱层104和P-型半导体材料105。
图2所示实施例表明，在现有技术中的一般发光二极管外延片的P-型半导体材料105上面沉积电流扩展层后的发光二极管外延片从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、N型半导体材料103、多量子阱层104、P-型半导体材料105和电流扩展层106。
图3所示实施例表明，图2所示制品在利用光刻和湿法刻蚀制作所得的有电流扩展层扩展图形的发光二极管外延片从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、N型半导体材料103、多量子阱层104、P-型半导体材料105和具有电流扩展图形的电流扩展层106，即所得电流扩展层106的长度短于P-型半导体材料105，形成台阶图形Ⅰ。
图4所示实施例表明，图3所示制品通过光刻和干法刻蚀工艺使P-型半导体材料105、多量子阱层104和一部分N型半导体材料103的长度短于衬底101和缓冲层102的长度，并曝露出一部分N型半导体材料103，该曝露出的N型半导体材料103部分与衬底101和缓冲层102等长，从而形成台阶图形Ⅱ，此发光二极管外延片从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、曝露出一部分N型半导体材料的N型半导体材料103、多量子阱层104、P-型半导体材料105和具有电流扩展图形的电流扩展层106。
图5所示实施例表明，在图4所示制品上沉积一层绝缘层107，再通过光刻和刻蚀技术使绝缘层107一部分保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上，另一部分保留在P型半导体材料105的台阶图形Ⅰ上，其中保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为0.01～100微米，保留在P型半导体材料105上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为0.01～100微米，此发光二极管外延片从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、曝露出一部分N型半导体材料的N型半导体材料103、多量子阱层104、P-型半导体材料105、具有电流扩展图形的电流扩展层106、保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上的绝缘层107和保留在P型半导体材料105上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107。
图6所示实施例表明，在图5所示制品上面蒸镀P型电极108，并通过光刻制作P型电极图案，使其一部分保留在电流扩展层106上面，另一部分保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分上面，且长度与台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107一致；此发光二极管外延片从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、曝露出一部分N型半导体材料的N型半导体材料103、多量子阱层104、P-型半导体材料105、具有电流扩展图形的电流扩展层106、保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上的绝缘层107及保留在P型半导体材料105上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107和保留在电流扩展层106上面的P型电极108及保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分上面的P型电极108，此发光二极管外延片从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、曝露出一部分N型半导体材料的N型半导体材料103、多量子阱层104、P-型半导体材料105、具有电流扩展图形的电流扩展层106、保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上的绝缘层107和保留在P型半导体材料105上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107、保留在电流扩展层106上面的P型电极108及保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分上面的P型电极108。
图7所示实施例表明，在图6所示制品上蒸镀N型电极109，并通过光刻制作N型电极图案，使其一部分保留在P型半导体材料105的台阶图形Ⅰ上的绝缘层107的上面，且长度与在P型半导体材料105的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107的长度一致，另一部分保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面，与在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上的绝缘层107的距离为0.01～100微米，且其长度与在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107的长度一致，此发光二极管外延片从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、曝露出一部分N型半导体材料的N型半导体材料103、多量子阱层104、P-型半导体材料105、具有电流扩展图形的电流扩展层106、保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上的绝缘层107和保留在P型半导体材料105上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107、保留在电流扩展层106上面的P型电极108及保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分上面的P型电极108、保留在P型半导体材料105的台阶图形Ⅰ上的绝缘层107上面的N型电极109且其长度与在P型半导体材料105的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107一致以及保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的N型电极109。
图8所示实施例表明，在图6所示制品中，只在P型半导体材料105上保留绝缘层107及绝缘层107上面的N型电极109，此发光二极管外延片从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、曝露出一部分N型半导体材料的N型半导体材料103、多量子阱层104、P-型半导体材料105、具有电流扩展图形的电流扩展层106、保留在P型半导体材料105上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107、保留在电流扩展层106上面的P型电极108、保留在P型半导体材料105的台阶图形Ⅰ上的绝缘层107上面的N型电极109且其长度与在P型半导体材料105的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107的长度一致以及保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的N型电极109。
图9所示实施例表明，在图6所示制品中，只在N型半导体材料103上保留绝缘层107及绝缘层107上面的P型电极108，此发光二极管外延片从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、曝露出一部分N型半导体材料的N型半导体材料103、多量子阱层104、P-型半导体材料105、具有电流扩展图形的电流扩展层106、保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上的绝缘层107和保留在P型半导体材料105上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107、保留在电流扩展层106上面的P型电极108及保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分上面的P型电极108、保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的N型电极109。
图10所示实施例表明，用现有技术将一般发光二极管外延片加工成的现有发光二极管芯片后的制品的结构从上至下顺序包括衬底101、缓冲层102、曝露出一部分N型半导体材料的N型半导体材料103、多量子阱层104、P-型半导体材料105、具有电流扩展图形的电流扩展层106、在电流扩展层106上面的P型电极108和在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的N型电极109。
图11(a)所示实施例表明，当在N型半导体材料103上保留的绝缘层107上P型电极108加上正电压时能带图，103e为N型半导体材料103的能带弯曲图；107e为绝缘层107的能带图；抛物虚线为N型半导体材料103的能带弯曲引起的电子浓度分布图。
图11(b)所示实施例表明，当在P型半导体材料105上保留的绝缘层107上N型电极109加上负电压时能带图，105e为P型半导体材料105的能带弯曲图；107e为绝缘层107的能带图；抛物虚线为由于P型半导体材料105的能带弯曲引起的空穴浓度分布图。
实施例1
本实施例的一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，步骤如下：
第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将蓝宝石衬底101在1200℃进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的蓝宝石衬底101表面外延生长一层材质为AlN的厚度为10nm的缓冲层102；
第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的缓冲层102上依次外延生长材质为AlN的厚度为2μm的N型半导体材料103、材质为Al0.9Ga0.1N/AlN的量子垒AlN的厚度为5nm及量子阱Al0.9Ga0.1N的厚度为1nm的多量子阱层104和材质为AlN的厚度为100nm的P-型半导体材料105；
第四步，在第三步的得到的P-型半导体材料105上沉积材质为ITO的厚度为10nm的电流扩展层106，并利用光刻和湿法刻蚀工艺制作电流扩展图形，即电流扩展层106的长度短于P-型半导体材料105，形成台阶图形Ⅰ；
第五步，在第四步得到的制品上面，通过光刻和干法刻蚀工艺使P-型半导体材料105、多量子阱层104和一部分N型半导体材料103的长度短于衬底101和缓冲层102的长度，并曝露出一部分N型半导体材料103，该曝露出的N型半导体材料103部分与衬底101和缓冲层102等长，从而形成台阶图形Ⅱ；
第六步，在第五步得到的制品上面沉积一层绝缘层107，所用材质为SiO2，厚度为5nm，是连续膜结构，通过光刻和刻蚀技术使绝缘层107一部分保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上，另一部分保留在P型半导体材料105的台阶图形Ⅰ上，其中保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为0.01微米，保留在P型半导体材料105上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为0.01微米；
第七步，在第六步得到的制品上面蒸镀材质为CrPtAu的P型电极108，并通过光刻制作P型电极图案，使其一部分保留在电流扩展层106上面，另一部分保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分上面，且长度与台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107一致；
第八步，在第七步得到的制品上面蒸镀材质为TiAlTiAu的N型电极109，并通过光刻制作N型电极图案，使其一部分保留在P型半导体材料105的台阶图形Ⅰ上的绝缘层107的上面，且长度与在P型半导体材料105的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107的长度一致，另一部分保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面，与在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上的绝缘层107的距离为0.01微米，且其长度与在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107的长度一致；
至此制得本实施例的一种氮化物发光二极管芯片。
实施例2
除衬底101为AlN，电流扩展层106的材质为石墨烯，绝缘层107为LiF，以及第六步中保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为50微米，保留在P型半导体材料105上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为50微米之外，其他同实施例1。
实施例3
除衬底101为石英玻璃，电流扩展层106的材质为铝，绝缘层107为PMMA，以及第六步中保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为100微米，保留在P型半导体材料105上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为100微米之外，其他同实施例1。
实施例4
本实施例的一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，步骤如下：
第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将Si衬底101在1200℃进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的Si衬底101表面外延生长一层材质为GaN的厚度为30nm的缓冲层102；
第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的缓冲层102上依次外延生长材质为GaN的厚度为5μm的N型半导体材料103、材质为In0.2Ga0.8N/GaN的量子垒GaN的厚度为27nm及量子阱In0.2Ga0.8N的厚度为5nm的多量子阱层104和材质为GaN的厚度为300nm的P-型半导体材料105；
第四步，在第三步的得到的P-型半导体材料105上沉积材质为NiAu的厚度为250nm的电流扩展层106，并利用光刻和湿法刻蚀工艺制作电流扩展图形，即电流扩展层106的长度短于P-型半导体材料105，形成台阶图形Ⅰ；
第五步，在第四步得到的制品上面，通过光刻和干法刻蚀工艺使P-型半导体材料105、多量子阱层104和一部分N型半导体材料103的长度短于衬底101和缓冲层102的长度，并曝露出一部分N型半导体材料103，该曝露出的N型半导体材料103部分与衬底101和缓冲层102等长，从而形成台阶图形Ⅱ；
第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步得到的制品上面沉积一层绝缘层107，所用材质为Si3N4厚度为150nm，是由光刻加工制作的非连续膜结构，再通过光刻和刻蚀技术使绝缘层107只在P型半导体材料105的台阶图形Ⅰ上保留一部分绝缘层107，保留在P型半导体材料105上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为0.01微米；
第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步得到的制品上面蒸镀材质为CrPtAu的P型电极108，并通过光刻制作P型电极图案，只使其保留在电流扩展层106上面；
第八步，在第七步得到的制品上面蒸镀材质为TiAlTiAu的N型电极109，并通过光刻制作N型电极图案，使其一部分保留在P型半导体材料105的台阶图形Ⅰ上的绝缘层107的上面，且长度与在P型半导体材料105的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107的长度一致，另一部分保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面；
至此制得本实施例的一种氮化物发光二极管芯片。
实施例5
除衬底101为GaN，以及第六步中保留在P型半导体材料105上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为50微米之外，其他同实施例4。
至此制得本实施例的一种氮化物发光二极管芯片。
实施例6
除第六步中保留在P型半导体材料105上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为100微米之外，其他同实施例4。
至此制得本实施例的一种氮化物发光二极管芯片。
实施例7
本实施例的一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，步骤如下：
第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将SiC衬底101在1200℃进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的SiC衬底101表面外延生长一层材质为AlGaN的厚度为50nm的缓冲层102；
第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的缓冲层102上依次外延生长材质为In0.9Ga0.1N的厚度为8μm的N型半导体材料103、材质为InN/In0.9Ga0.1N的量子垒In0.9Ga0.1N的厚度为50nm及量子阱InN的厚度为10nm的多量子阱层104和材质为GaN的厚度为500nm的P-型半导体材料105；
第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步的得到的P-型半导体材料105上沉积材质为氧化锌的厚度为500nm的电流扩展层106，并利用光刻和湿法刻蚀工艺制作电流扩展图形，即电流扩展层106的长度短于P-型半导体材料105，形成台阶图形Ⅰ；
第五步，在第四步得到的制品上面，通过光刻和干法刻蚀工艺使P-型半导体材料105、多量子阱层104和一部分N型半导体材料103的长度短于衬底101和缓冲层102的长度，并曝露出一部分N型半导体材料103，该曝露出的N型半导体材料103部分与衬底101和缓冲层102等长，从而形成台阶图形Ⅱ；
第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步得到的制品上面沉积一层绝缘层107，所用材质为金刚石，厚度为300nm，是连续膜结构，通过光刻和刻蚀技术使绝缘层107只在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上保留一部分绝缘层107，保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为0.01微米；
第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步得到的制品上面蒸镀材质为CrPtAu的P型电极108，并通过光刻制作P型电极图案，使其一部分保留在电流扩展层106上面，另一部分保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分上面，且长度与N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107一致；
第八步，在第七步得到的制品上面蒸镀材质为TiAlTiAu的N型电极109，并通过光刻制作N型电极图案，只使其保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面，与在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上的绝缘层107的距离为0.01微米，且其长度与在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107的长度一致；
至此制得本实施例的一种氮化物发光二极管芯片。
实施例8
除第六步中保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为50微米；第八步中N型电极109与在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上的绝缘层107的距离为50微米之外，其他同实施例7。
至此制得本实施例的一种氮化物发光二极管芯片。
实施例9
除第六步中保留在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层107部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为100微米；第八步中N型电极109与在N型半导体材料103的台阶图形Ⅱ上的绝缘层107的距离为100微米之外，其他同实施例7。
至此制得本实施例的一种氮化物发光二极管芯片。
上述所有实施例中的一种氮化物发光二极管芯片在工作时，在P型电极108和N型半导体材料103上的绝缘层107上的电极接正电压，在N型电极109和P型半导体材料105上的绝缘层107上的电极接负电压。
上述实施例中所述光刻工艺、干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺和蒸镀工艺是本技术领域公知的。
Claims (3)
1.一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，其特征在于步骤如下：
第一步，在MOCVD反应炉，即金属有机化合物化学气相沉淀反应炉中，将衬底在1200℃进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底表面外延生长一层厚度为10～50nm的缓冲层；
第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的缓冲层上依次外延生长厚度为2～8μm的N型半导体材料、多量子阱层和厚度为100～500nm的P-型半导体材料；
第四步，在第三步的得到的P-型半导体材料上沉积厚度为10～500nm的电流扩展层，并利用光刻和湿法刻蚀工艺制作电流扩展图形，即电流扩展层的长度短于P-型半导体材料，形成台阶图形Ⅰ；
第五步，在第四步得到的制品上面，通过光刻和干法刻蚀工艺使P-型半导体材料、多量子阱层和一部分N型半导体材料的长度短于衬底和缓冲层的长度，并曝露出一部分N型半导体材料，该曝露出的N型半导体材料部分与衬底和缓冲层等长，从而形成台阶图形Ⅱ；
第六步，在第五步得到的制品上面沉积一层绝缘层，所用材质为SiO2、Si3N4、金刚石、LiF或PMMA，厚度为5～300nm，是连续膜结构或非连续膜结构，再通过光刻和刻蚀技术使绝缘层一部分保留,绝缘层一部分保留的状况为以下三种状况中的任意一种：
a.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上，另一部分保留在P-型半导体材料的台阶图形Ⅰ上，其中保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为0.01～100微米，保留在P-型半导体材料上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为0.01～100微米，
b.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层只在P-型半导体材料的台阶图形Ⅰ上保留一部分绝缘层，保留在P-型半导体材料上的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅰ侧壁的距离为0.01～100微米，
c.通过光刻和刻蚀技术使绝缘层只在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上保留一部分绝缘层，保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层部分的位置与台阶图形Ⅱ侧壁的距离为0.01～100微米；
第七步，在第六步得到的制品上面蒸镀P型电极，并通过光刻制作P型电极图案，该P型电极的P型电极图案保留的状况为以下二种状况中的任意一种：
a.使其一部分保留在电流扩展层上面，另一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层部分上面，且长度与N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层一致，
b.只使其保留在电流扩展层上面；
第八步，在第七步得到的制品上面蒸镀N型电极，并通过光刻制作N型电极图案，该N型电极的N型电极图案保留的状况为以下三种状况中的任意一种：
a.使其一部分保留在P-型半导体材料的台阶图形Ⅰ上的绝缘层的上面，且长度与在P-型半导体材料的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层的长度一致，另一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面，其与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上的绝缘层的距离为0.01～100微米，且长度与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层的长度一致，
b.使其一部分保留在P-型半导体材料的台阶图形Ⅰ上的绝缘层的上面，且长度与在P-型半导体材料的台阶图形Ⅰ上面的绝缘层的长度一致，另一部分保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面，
c.只使其保留在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面，与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上的绝缘层的距离为0.01～100微米，且其长度与在N型半导体材料的台阶图形Ⅱ上面的绝缘层的长度一致；
至此制得一种氮化物发光二极管芯片。
2.根据权利要求1所述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，其特征在于：所述缓冲层、N型半导体材料和P-型半导体材料的材质均为氮化物四元半导体材料AlxInyGa1-x-yN,其中0≤x＜1，0≤y＜1，0≤1-x-y。
3.根据权利要求1所述一种氮化物发光二极管芯片的制备方法，其特征在于：所述多量子阱层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N/Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，0≤1-x1-y1，0≤x2≤1,0≤y2≤1,0≤1-x2-y2，式中，量子垒Alx2Iny2Ga1-x2-y2N的厚度为5～50nm，量子阱Alx1Iny1Ga1-x1-y1N的厚度为1～10nm。
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