CN112186085B - 一种边缘无pGaN的深紫外半导体发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种边缘无pGaN的深紫外半导体发光二极管及其制备方法。该器件有以下两种结构，第一种，由从下至上依次为衬底、成核层、非掺杂氮化铝层、n型铝镓氮层；部分n型铝镓氮层上依次为有源层、电子阻挡层、p型铝镓氮层、p型氮化镓层、p型欧姆接触层和悬空p型反射镜电极；剩余部分n型铝镓氮层上为n型电极；或者，第二种，由从下至上依次为n型电极、n型铝镓氮层、有源层、电子阻挡层、p型铝镓氮层、p型氮化镓层、p型欧姆接触层和悬空p型反射镜电极构成。本发明的具有倾斜侧壁微纳结构阵列的边缘无pGaN的DUV LED，光提取数值提高幅度达到20％～40％。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及半导体器件,具体地说是一种边缘无pGaN的深紫外半导体发光二极管及其制备方法。
背景技术
随着半导体光源领域的不断发展，紫外发光二极管(简称UV LED)的研究成为一个重要的课题。紫外二极管一般指发光中心波长在400纳米以下，其中发光波长在200纳米到280纳米的称为深紫外发光二极管(DUV LED)，其主要以高Al组分的AlGaN材料为主。此半导体紫外发光器件具有广泛的应用，由于其具有无汞，寿命长、工作电压低、设计灵巧和无毒等一系列优点，使得其在杀菌消毒、聚合物固话、水质净化、医学治疗以及生化探测等诸多领域具有广阔的发展前景。
深紫外LED市场规模庞大，但因为现有技术的不足，使得深紫外LED发光效率低，导致市场占比小。经过国内外研究机构不断地研究和完善，AlGaN基的DUV LED取得了巨大突破，但是目前研究表明，其外量子效率依旧很低，大多在10％甚至5％。其中影响DUV LED的外量子效率低的一个重要因素就是低的光提取效率。其光提取效率低的一个因素是，由于高Al组分AlGaN中p型掺杂的镁的激活能太低从而难以得到高空穴深度的高Al组分的AlGaN，因此为了增加空穴的注入效率和实现良好的欧姆接触特性，现有技术不得不采用对深紫外有高吸收特性的GaN作为P型的空穴注入层，从而严重影响了深紫外LED的光提取效率；另外一个影响深紫外LED发光效率的原因是高铝组份AlGaN自发辐射光中存在许多的TM极化的光，其主要沿着平行于量子阱的方向传播，很难被提取到外部空间。许多方法被用来提高深紫外LED的光提取效率，而倾斜侧壁结构能很好的提高深紫外LED中的TM极性的光提取效率。我们前期申请的一个专利，“一种深紫外发光二极管的芯片结构”(公开号：CN106299050A)中提出利用空腔型倾斜侧壁结构提高深紫外LED的光提取效率，此结构(空腔型侧壁倾斜结构主要涉及部分n型铝镓氮层，全部的有源层，全部的电子阻挡层，全部的p型铝镓氮层，全部的p型氮化镓层以及悬空的导电层和p型电极)能避免由于常规金属反射镜型倾斜侧壁结构存在的金属吸收，并且能有效的增加光的逃离通道，从而更好的提高深紫外LED的发光效率。但是对于倒装的倾斜侧壁结构型深紫外LED，我们进一步的研究发现，其发光主要集中在倾斜侧壁结构的中间，其边缘并没有太多的光发射，但是边缘都被pGaN覆盖(占比为100％)，从而对光存在严重的吸收作用，因此我们在这里提出一种新型的边缘无pGaN的倾斜侧壁型深紫外LED，从而进一步的提高深紫外LED的光提取效率。
发明内容
本发明的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种边缘无pGaN的深紫外半导体发光二极管及其制备方法。当前技术中(如图4)深紫外半导体发光二极管器件中的p型空穴传导层是由p型铝镓氮层和p型氮化镓层组成，本专利中改进的深紫外发光二极管将p型铝镓氮层边缘的p型氮化镓层去除，使p型氮化镓层只占p型铝镓氮层中间30％～95％区域(如图3)。本发明去除了器件边缘的pGaN，改进了倾斜侧壁结构，以此来减少氮化镓层对深紫外光的吸收。本发明的具有倾斜侧壁微纳结构阵列的边缘无pGaN的DUV LED，相比于前期专利光提取数值预计提高幅度约达到20％。
为了实现上述目的，本发明解决该技术问题所采用的技术方案如下：
一种边缘无pGaN的深紫外半导体发光二极管(以下简称DUV LED)，有以下两种倒装结构的DUV LED之一：
第一种，同侧倒装结构的DUV LED，由从下至上依次为衬底、成核层、非掺杂氮化铝层、n型铝镓氮层；部分n型铝镓氮层上依次为有源层、电子阻挡层、p型铝镓氮层、p型氮化镓层、p型欧姆接触层和悬空p型反射镜电极；剩余部分n型铝镓氮层(为平面n型铝镓氮，占整个n型铝镓氮的1～95％)上为n型电极；其中，从p型铝镓氮层到部分深度的n型铝镓氮层的表面一侧形成倾斜侧壁的微纳结构阵列，倾斜角度为85度～20度；p型氮化镓层在p型铝镓氮层上表面的中部，并且其投影面积为p型铝镓氮层面积的30％～95％；p型欧姆接触层面积和p型氮化镓层相同；悬空p型反射镜电极的面积与倾斜侧壁的微纳结构中的n型铝镓氮层相同；n型电极面积为平面n型铝镓氮层面积的5～60％；
或者，第二种，垂直倒装结构的DUV LED，由从下至上依次为n型电极、n型铝镓氮层、有源层、电子阻挡层、p型铝镓氮层、p型氮化镓层、p型欧姆接触层和悬空p型反射镜电极构成；其中，p型氮化镓层在p型铝镓氮层的中部，并且其投影面积为p型铝镓氮层面积的30％～95％；p型欧姆接触层面积和p型氮化镓层相同；n型电极面积为n型铝镓氮层面积的5～60％；
上述两种倒装结构的DUV LED都从p型铝镓氮层到部分深度的n型铝镓氮层的表面一侧形成倾斜侧壁的微纳结构阵列，倾斜角度为85度～20度；悬空p型反射镜电极的面积与倾斜侧壁的微纳结构中的n型铝镓氮层相同；悬空p型反射镜电极，在具有倾斜侧壁的微纳结构之间保持有空气。
所述倾斜侧壁的微纳结构阵列的形状为秃头圆锥形或梯形，形状的高度为200纳米～4000纳米，倾斜角度为85度～20度，该阵列分布排列为三角形点阵、方形点阵、六角形点阵或光栅结构阵列。
所述悬空p型反射镜电极为铝薄膜、银薄膜、镁薄膜、铂薄膜、镊金合金薄膜、镊铝合金薄膜或镊银合金薄膜。
所述的边缘无pGaN的深紫外半导体发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
第一步，通过MOCVD在衬底上依次外延成核层、非掺杂氮化铝层、n型铝镓氮层、有源层、电子阻挡层、p型铝镓氮层、p型氮化镓层，制备成DUV LED基础外延结构；
第二步，光刻：
通过光刻技术在上述第一步制备完成的DUV LED基础外延层的p型氮化镓层表面光刻形成掩膜阵列；
第三步，刻蚀：
在上述第二步制作完成的掩膜阵列为掩膜，刻蚀掩膜阵列、p型GaN、p型铝镓氮、电子阻挡层、有源区、n型铝镓氮的刻蚀，将掩膜阵列、p型GaN、p型铝镓氮、电子阻挡层、有源区、n型铝镓氮刻蚀形成穿过量子阱结构的具有倾斜侧壁的微纳结构阵列的DUV LED外延层结构，该倾斜侧壁的微纳结构阵列和阵列分布排列均是任意的，同时制备出平面n型铝镓氮；
第四步：湿法腐蚀：
通过湿法腐蚀去除上述第三步刻蚀后残留的掩膜阵列；
第五步：制备p型欧姆接触层：
通过光刻技术，制作p型欧姆接触层掩膜阵列，使掩膜阵列只暴露p型氮化镓表面中间30％～95％区域，边缘p型氮化镓被掩膜阵列覆盖，蒸镀或溅射p型欧姆接触层，之后剥离掩膜阵列及掩膜阵列上的p型欧姆接触层；
第六步：刻蚀边缘p型氮化镓空穴注入层：
在第五步的基础上p型欧姆接触层为掩膜，ICP或RIE刻蚀未被p型欧姆接触层覆盖的p型氮化镓空穴注入层；
第七步：制备n电极及p型悬空反射镜电极，制成倒装结构的DUV LED：
采用以下两种工艺中的任意一种：
第一种，制成同侧倒装结构的DUV LED：
在具有倾斜侧壁的微纳结构阵列上制作悬空p型反射镜电极，在第三步刻蚀形成的部分平面n型铝镓氮上，制作n型电极，此时n型电极和悬空p型反射镜电极是在同一上方侧，制成同侧倒装结构的DUV LED，即制成由下至上依次为衬底、成核层、非掺杂氮化铝层、n型铝镓氮层、n型铝镓氮层平面部分上面的n型电极、n型铝镓氮层剩余阵列部分上面的有源层、电子阻挡层、p型铝镓氮层、p型铝镓氮侧层上面部分p型氮化镓层、部分p型欧姆接触层，以及整个阵列上面的悬空p型反射镜电极构成的同侧倒装结构的DUV LED，在其外延片具有p型氮化镓的表面一侧形成倾斜侧壁的微纳结构阵列，在倾斜侧壁微纳结构阵列的顶部p型氮化镓只覆盖p型铝镓氮中心位置，占p型铝镓氮30％～95％区域，边缘无p型氮化镓和p型欧姆接触层，在p型欧姆接触层上面制作悬空p型反射镜电极，在倾斜侧壁的微纳结构之间保持有空气。
第二种，制成垂直倒装结构的DUV LED:
剥离上述第六步制成的外延结构中的衬底、成核层和非掺杂氮化铝层，并将n型电极制作在n型铝镓氮层底面，在p型欧姆接触层一侧制作悬空p型反射镜电极，制成垂直倒装结构的DUV LED，即由下至上依次为n型电极，n型铝镓氮层，有源层电子阻挡层，p型铝镓氮层、p型铝镓氮侧层上面部分p型氮化镓层、部分p型欧姆接触层，以及整个阵列上面的悬空p型反射镜电极构成的垂直倒装结构的DUV LED，在其外延片具有p型氮化镓的表面一侧形成倾斜侧壁的微纳结构阵列，在倾斜侧壁微纳结构阵列的顶部p型氮化镓只覆盖p型铝镓氮中心位置，占p型铝镓氮30％～95％区域，边缘无p型氮化镓和p型欧姆接触层，在p型欧姆接触层上面制作悬空p型反射镜电极，在倾斜侧壁的微纳结构之间保持有空气。
本发明的实质性特点为：
发明人通过研究发现，当前的具有侧壁倾斜结构的DUV LED横向电流分布集中在器件中心位置，边缘发光效率显著降低，但边缘pGaN吸收面积却很大，因此发明人进一步通过减少顶部边缘p型GaN来减少p型氮化镓层对深紫外LED的光吸收，优化侧壁倾斜结构，进而提高倾斜侧壁结构的深紫外LED的光提取效率。另外，由于电流扩展差，使得电流更集中在器件的中心台面位置，边缘发光较弱，我们通过刻蚀顶部边缘处p型GaN材料，从而减少顶部p型GaN对深紫外光的吸收，提高DUV LED的光提取。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的深紫外半导体发光二极管在原本倾斜侧壁微纳结构阵列的基础上，通过刻蚀p型铝镓氮边缘处的p型氮化镓层，以此来减少p型氮化镓层对深紫外光的强吸收，从而克服了原来倾斜侧壁微纳结构阵列的不足，进一步提高DUV LED的光提取效率。
(2)本发明的一种边缘无p型GaN的深紫外发光二极管的制备方法，是在倾斜侧壁微纳结构阵列的基础上，通过光刻和刻蚀技术去除p型铝镓氮边缘的p型氮化镓，工艺简单可靠，生产成本低。
(3)本发明的具有倾斜侧壁微纳结构阵列的边缘无pGaN的DUV LED，相比于倾斜侧壁微纳结构阵列边缘有pGaN的DUV LED，光提取数值预计提高幅度约达到20％。
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(a)为倒装DUV LED芯片的外延结构2D示意图。
图1(b)为通过光刻技术在DUV LED外延结构的p型氮化镓表面形成掩膜结构阵列后的2D示意图；
图1(c)为通过掩膜结构阵列为掩膜，刻蚀p型氮化镓、p型铝镓氮，有源层及部分n型铝镓氮，形成穿过量子阱结构的具有倾斜侧壁结构阵列，并制备出平面n型铝镓氮后的2D示意图；
图1(d)为通过湿法刻蚀去除残留掩膜阵列后的结构的2D示意图；
图1(e)为在具有倾斜侧壁的微纳结构阵列的p型氮化镓部分表面制备p型欧姆接触层后的结构的2D示意图；
图1(f)为通过以p型欧姆接触层为掩膜阵列刻蚀边缘p型氮化镓后的结构的2D示意图；
图2为同侧倒装结构的DUV LED的构成2D示意图。
图3为垂直倒装结构的DUV LED的构成2D示意图。
图4为先前专利边缘全部覆盖p型氮化镓的垂直倒装结构的DUV LED的构成2D示意图；
图5为实施例1中的靠近电子阻挡层的第一个量子阱中的空穴分布图；
图6为实施例1中器件和边缘无P型氮化镓的器件的光提取效率对比图；
其中，101.衬底，102.成核层，103.非掺杂氮化铝层，104.n型铝镓氮层，105.有源层，106.电子阻挡层，107.p型铝镓氮层，108.p型氮化镓层，109-1.掩膜阵列层，201.n型电极，202.p型欧姆接触层，203.悬空p型反射镜电极层。
具体实施方式
当前技术中，“一种深紫外发光二极管的芯片结构”(公开号：CN106299050A)提出的垂直倒装结构的DUV LED的结构如图4所示，由从下至上依次为N型电极201、n型铝镓氮层104、有源层105、电子阻挡层106、p型空穴传导层107、悬空导电层202和P型电极203构成的垂直倒装结构的DUV LED。所述的p型空穴传导层107，是由p型铝镓氮层和p型氮化镓层这两层构成，p型氮化镓层覆盖在p型铝镓氮层表面，占其面积的100％。
本发明中(如图3)，将p型铝镓氮层107上的p型氮化镓层108和p型欧姆接触层202进行设计，使p型氮化镓层只占p型铝镓氮层中间50％～95％区域，以此来减少氮化镓层对深紫外光的吸收。
图1(a)～图1(f)，以及图2，图3显示了本发明一种边缘无pGaN的深紫外半导体发光二极管的制备方法的工艺流程，图2还显示了本发明的同侧倒装结构的DUV LED的构成，图3还显示了本发明的垂直倒装结构的DUV LED的构成。
图1(a)所示实施例显示在衬底101上依次外延成核层102、非掺杂氮化铝层103、n型铝镓氮层104、有源层105、电子阻挡层106、p型铝镓氮层107和p型氮化镓层108的DUV LED外延结构。
图1(b)所示实例显示通过光刻技术在p型氮化镓108表面形成掩膜阵列109-1后的结构，包括衬底101、成核层102、非掺杂氮化铝层103、n型铝镓氮层104、有源层105、电子阻挡层106、p型铝镓氮层107、p型氮化镓层108和掩膜阵列层109-1。
图1(c)所示实例显示以掩膜阵列109-1为掩膜，刻蚀掩膜阵列109-1、p型氮化镓层108、p型铝镓氮层107、电子阻挡层106、有源层105、以及部分n型铝镓氮层104，刻蚀部分n型铝镓氮层104厚度为100～1000纳米，占整个n型铝镓氮层104的10～50％。将掩膜阵列109-1、p型氮化镓层108、p型铝镓氮层107、电子阻挡层106、有源层105、以及部分n型铝镓氮层104刻蚀形成穿过量子阱结构的具有倾斜侧壁的微纳结构阵列，制备成从下到上依次为衬底101、成核层102、非掺杂氮化铝层103、n型铝镓氮层104、有源层105、电子阻挡层106、p型铝镓氮层107、p型氮化镓层108和掩膜阵列109-1的DUV LED外延结构，并并制备出平面n型铝镓氮层104。
图1(d)所示实例显示通过湿法腐蚀去除刻蚀残留的掩膜阵列109-1后，制备成由下至上依次为包括衬底101、成核层102、非掺杂氮化铝成103、n型铝镓氮层104、有源层105、电子阻挡层106、p型铝镓氮层107和p型氮化镓层108的DUV LED外延结构。图1(d)中只显示了具有倾斜侧壁的微纳阵列的梯形椎体形状，也可以是秃头圆锥形椎体形状。
图1(e)所示实例显示在具有倾斜侧壁的微纳结构阵列的外延片p型氮化镓108层上面制备p型欧姆接触层202后，制备成由下至上依次为包括衬底101、成核层102、非掺杂氮化铝成103、n型铝镓氮层104、有源层105、电子阻挡层106、p型铝镓氮层107、p型氮化镓层108和p型欧姆接触层202的DUV LED外延结构。图1(e)中只显示了具有倾斜侧壁的微纳阵列的梯形椎体形状，也可以是秃头圆锥形椎体形状。
图1(f)所示实施例显示以p型欧姆接触层202为掩膜，通过完全刻蚀未被覆盖的p型氮化镓层108后，制备成具有倾斜侧壁微纳结构阵列，且p型铝镓氮边缘无p型氮化镓的DUV LED外延结构。由下至上依次为衬底101、成核层102、非掺杂氮化铝成103、n型铝镓氮层104、有源层105、电子阻挡层106、p型铝镓氮层107以及部分覆盖的p型氮化镓层108和p型欧姆接触层202的DUV LED外延结构。
图2所示实施例显示制作n电极201和悬空p型反射镜电极203，并制成同侧倒装结构的DUV LED的结构。在平面部分的n型铝镓氮层104表面上制作n电极201，在剩余的具有倾斜侧壁的微纳结构阵列上制作悬空p型反射镜电极203，此时n电极201和悬空p型反射镜电极203是在同一侧上方侧，制成同侧倒装结构的DUV LED，即制成从下至上依次为衬底101、成核层102、非掺杂氮化铝成103、n型铝镓氮层104、n型铝镓氮层104平面部分上面的n电极201、n型铝镓氮层104剩余部分上面的有源层105、电子阻挡层106、p型铝镓氮层107、p型氮化镓层108(其中p型氮化镓只部分覆盖在p型铝镓氮表面，覆盖在中心位置，占p型铝镓氮30％～95％区域，边缘无p型氮化镓覆盖)、p型欧姆接触层202(其跟p型氮化镓覆盖相同的范围)和悬空p型反射镜电极203(p型铝镓氮107上面具有悬空p型反射镜电极203，在倾斜侧壁的微纳结构之间保持有空气)的DUV LED的外延结构。图2中只显示了具有倾斜侧壁的微纳阵列的梯形椎体形状，也可以是秃头圆锥形椎体形状。
图3所示实施例显示制作n电极201和悬空p型反射镜电极203，并制成垂直倒装结构的DUV LED的结构。剥离图1(f)所示的外延结构中的衬底101、成核层102和非掺杂氮化铝层103，并将n电极201制作在n型铝镓氮层104底面，而悬空p型反射镜电极203制作在p型欧姆接触层一侧(p型欧姆接触层202上面制作悬空p型反射镜电极203，在倾斜侧壁的微纳结构之间保持有空气)，制成垂直倒装结构的DUV LED，即制成从下至上依次为n电极201、n型铝镓氮层104、有源层105、电子阻挡层106、p型铝镓氮层107，p型氮化镓层108(其中p型氮化镓只部分覆盖在p型铝镓氮表面，覆盖在中心位置，占p型铝镓氮50％～95％区域，边缘无p型氮化镓覆盖)、p型欧姆接触层202(其跟p型氮化镓覆盖相同的范围)和悬空p型反射镜电极203(p型铝镓氮107上面具有悬空p型反射镜电极203，在倾斜侧壁的微纳结构之间保持有空气)，构成垂直倒装结构的DUV LED。图3中只显示了具有倾斜侧壁的微纳阵列的梯形椎体形状，也可以是秃头圆锥形椎体形状。
实施例1
本实施例的同侧倒装结构的DUV LED，从下至上依次为蓝宝石衬底101、成核层102、非掺杂氮化铝层103、n型铝镓氮层104、n型铝镓氮层104部分上面的n电极201(占平面n型铝镓氮层面积的35％)、有源层105、电子阻挡层106、p型铝镓氮层107、p型氮化镓层108、p欧姆接触层202和悬空p型反射镜电极203构成；从p型铝镓氮层107到部分深度的n型铝镓氮层104的表面一侧形成倾斜侧壁的微纳结构阵列，倾斜角度为60度；在倾斜侧壁的微纳结构阵列的顶部，p型铝镓氮层107的边缘无p型氮化镓108，p型氮化镓只部分覆盖在p型铝镓氮表面，覆盖在中心位置，占p型铝镓氮80％区域，边缘无p型氮化镓覆盖；p型欧姆接触层202面积和p型氮化镓层108相同，在倾斜侧壁微纳结构阵列的顶部制备有悬空p型反射镜电极203，在具有倾斜侧壁微纳结构之间保持有空气。倾斜侧壁微纳结构阵列外的n型铝镓氮层(即平面n型铝镓氮)，占整个n型铝镓氮的10％。
其中，成核层102的材料为AlN，厚度为20nm；
非掺杂氮化铝层103,厚度为2μm；
具有倾斜侧壁结构下面的n型铝镓氮层104，厚度为4μm；
平面n型铝镓氮层104上具有n型电极201，平面n型铝镓氮层104厚度为3.6μm；
有源层105的结构为5个周期的Al0.45Ga0.55N/Al0.55Ga0.45N层，其中量子垒Al0.55Ga0.45N的厚度为10nm，量子阱Al0.45Ga0.55N的厚度为3nm，共75nm；
电子阻挡层106的材料为AlGaN，厚度为15nm；
p型铝镓氮层107的厚度为150nm；
p型氮化镓108的厚度为60nm；
n电极201的材料为Ti/Al/Ti/Au，厚度为100nm；
p型欧姆接触层202的材料为镍金薄膜，厚度为30nm
悬空p型反射镜电极203的材料为Al，厚度为200nm；
上述同侧倒装结构的DUV LED的其制备方法，步骤如下：
第一步，DUV LED基础外延层结构的制备：
在蓝宝石衬底101上依次外延成核层102、非掺杂层103、n型铝镓氮层104、有源层105、电子阻挡层106、p型铝镓氮层107和p型氮化镓层108，制备成DUV LED基础外延层结构；
第二步，光刻；
通过普通光刻技术在上述第一步制备成的DUV LED基础外延结构的p型氮化镓层108的表面形成掩膜阵列109-1；
第三步，刻蚀；
以上述第二步形成的掩膜阵列109-1为掩膜，刻蚀掩膜阵列109-1、p型氮化镓108、p型铝镓氮107、电子阻挡层106、有源层105及n型铝镓氮层104，将掩膜阵列109-1、p型氮化镓108、p型铝镓氮107、电子阻挡层106、有源层105及n型铝镓氮层104刻蚀形成穿过量子阱结构的具有倾斜侧壁的微纳结构阵列的DUV LED外延层结构，该倾斜侧壁的微纳结构阵列的形状为秃头圆锥形，形状的高度为700纳米，倾斜角度为60度，该阵列分布排列为三角形阵列。在刻蚀形成倾斜侧壁微纳结构阵列的同时制备出部分平面n型铝镓氮层104(占整个n型铝镓氮的30％)；
第四步，湿法腐蚀：
通过湿法腐蚀去除上述第三步刻蚀后残留的掩膜阵列109-1；
第五步：制备p型欧姆接触层：
通过光刻技术，制作p型欧姆接触层掩膜阵列，使掩膜阵列只暴露p型氮化镓108上表面中间50％～95％区域，边缘p型氮化镓108被掩膜阵列覆盖，蒸镀或溅射p型欧姆接触层202，之后剥离掩膜阵列及掩膜阵列上的p型欧姆接触层202；
第六步：刻蚀边缘p型氮化镓空穴注入层：
在第五步的基础上以p型欧姆接触层202为掩膜阵列，ICP或RIE完全刻蚀边缘未被p型欧姆接触层202覆盖的p型氮化镓108；
第七步：制备悬空p型反射镜电极和n型电极，制成倒装结构的DUV LED：
在具有倾斜侧壁的微纳结构阵列上制作悬空p型反射镜电极203，在平面部分的n型铝镓氮层104上制作n型电极201(占平面n型铝镓氮的10％)，此时n型电极201和悬空p型反射镜电极203是在同一上方侧，制成同侧倒装结构的DUV LED，即制成由下至上依次为衬底101、成核层102、非掺杂氮化铝层103、n型铝镓氮层104、n型铝镓氮层平面部分上面的n型电极201、n型铝镓氮层剩余阵列部分上面的有源层105、电子阻挡层106、p型铝镓氮层107、p型铝镓氮层107上面部分p型氮化镓层108、部分p型欧姆接触层202，以及整个阵列上面的悬空p型反射镜电极203构成的同侧倒装结构的DUV LED，在其外延片具有p型氮化镓108的表面一侧形成倾斜侧壁的微纳结构阵列，在倾斜侧壁微纳结构阵列的顶部p型氮化镓108只覆盖p型铝镓氮107中心位置，占p型铝镓氮107的50％～95％区域，边缘无p型氮化镓和p型欧姆接触层，暴露的p型铝镓氮层107上面制作悬空p型反射镜电极203，在倾斜侧壁的微纳结构之间保持有空气。
实施例2
本实施例的同侧倒装结构的DUV LED，从下至上依次为n型电极201、n型铝镓氮层104、有源层105、电子阻挡层106、p型铝镓氮层107、p型氮化镓层108、硫化钼层的p型欧姆接触层202和悬空p型反射镜电极203构成；在其外延片的p型氮化镓层108的表面一侧形成倾斜侧壁的微纳结构阵列，在倾斜侧壁的微纳结构阵列的顶部，p型铝镓氮层107的边缘无p型氮化镓108，p型氮化镓108只部分覆盖在p型铝镓氮107表面，覆盖在中心位置，占p型铝镓氮107的80％区域，边缘无p型氮化镓108覆盖，在倾斜侧壁微纳结构阵列的顶部制备有悬空p型反射镜电极203，在具有倾斜侧壁微纳结构之间保持有空气。
成核层102的材料为AlN，厚度为20nm；
非掺杂氮化铝层103,厚度为2μm
n型铝镓氮层104，厚度为4μm；
有源层105的结构为5个周期的Al0.45Ga0.55N/Al0.55Ga0.45N层，其中量子垒Al0.55Ga0.45N的厚度为10nm，量子阱Al0.45Ga0.55N的厚度为3nm，共75nm；
电子阻挡层106的材料为AlGaN，厚度为15nm；
p型铝镓氮层107的厚度为150nm
p型氮化镓108的厚度为60nm
n电极201的材料为Ti/Al/Ti/Au，厚度为100nm；
p型欧姆接触层202的材料为镍金薄膜，厚度为30nm
悬空p型反射镜电极203的材料为Al，厚度为200nm；
上述垂直倒装结构的DUV LED的其制备方法，步骤如下：
第一步，DUV LED基础外延层结构的制备：
在碳化硅衬底101上依次外延成核层102、非掺杂氮化铝层103、n型铝镓氮层104、有源层105、电子阻挡层106、p型铝镓氮层107和p型氮化镓层108，制备成DUV LED基础外延层结构；
第二步，光刻：
通过普通光刻技术在上述第一步制备成的DUV LED基础外延结构的p型氮化镓层108的表面形成掩膜阵列109-1；
第三步，刻蚀：
以上述第二步形成的倾斜侧壁掩膜阵列109-1为掩膜，刻蚀掩膜阵列109-1、p型氮化镓108、p型铝镓氮107、电子阻挡层106、有源层105及n型铝镓氮层104，将掩膜阵列109-1、p型氮化镓108、p型铝镓氮107、电子阻挡层106、有源层105及n型铝镓氮层104刻蚀形成穿过量子阱结构的具有倾斜侧壁的微纳结构阵列的DUV LED外延层结构，该倾斜侧壁的微纳结构阵列形状梯形，形状的高度为700纳米，倾斜角度为60度，该阵列分布排列为方形点阵。
第四步，湿法腐蚀；
通过湿法腐蚀去除上述第三步刻蚀后残留的掩膜阵列109-1；
第五步：制备p型欧姆接触层：
通过光刻技术，制作p型欧姆接触层掩膜阵列，使掩膜阵列只暴露p型氮化镓108表面中间80％区域，边缘p型氮化镓108被掩膜阵列覆盖，蒸镀或溅射p型欧姆接触层202，之后剥离掩膜阵列及掩膜阵列上的p型欧姆接触层；
第六步：刻蚀边缘p型氮化镓空穴注入层：
在第五步的p型欧姆接触层202为掩膜阵列，ICP或RIE完全刻蚀边缘未被p型欧姆接触层202覆盖的p型氮化镓108空穴注入层；
第七步：制备悬空p型反射镜电极和n型电极，制成倒装结构的DUV LED：
剥离上述第六步制成的外延结构中的衬底101、成核层102和非掺杂氮化铝层103，并将n型电极201制作在n型铝镓氮层104底面，在p型欧姆接触层202一侧制作悬空p型反射镜电极203，制成垂直倒装结构的DUV LED，即由下至上依次为n型电极201，n型铝镓氮层104，有源层105、电子阻挡层106，p型铝镓氮层107、p型铝镓氮侧层107上面部分p型氮化镓层108、部分p型欧姆接触层202，以及整个阵列上面的悬空p型反射镜电极203构成的垂直倒装结构的DUV LED，在其外延片具有p型氮化镓108的表面一侧形成倾斜侧壁的微纳结构阵列，在倾斜侧壁微纳结构阵列的顶部p型氮化镓108只覆盖p型铝镓氮107中心位置，占p型铝镓氮107的80％区域，边缘无p型氮化镓108和p型欧姆接触层202，暴露的p型铝镓氮107上面具有悬空p型反射镜电极203，在倾斜侧壁的微纳结构之间保持有空气。
实施例3
除衬底为硅衬底，所述倾斜侧壁的微纳结构阵列的形状高度为4000纳米，倾斜角度为30度，阵列分布为六角形点阵，光刻技术为纳米压印光刻技术，p欧姆接触导电层为碳纳米管薄膜层之外，其他同实例1.
实施例4
除衬底为氮化铝衬底，所述倾斜侧壁的微纳结构阵列分布排列为光栅结构阵列，光刻技术为纳米球光刻技术，悬空p型反射镜电极为镁薄膜层之外，其他同实例2。
实施例5
除衬底为氮化镓衬底，光刻技术为全息光刻技术，悬空p型反射镜电极为银薄膜之外，其他同实例1。
实施例6
除衬底为R-面的氧化铝单晶衬底，悬空p型反射镜电极为镍银合金薄膜，其他同实例2.
实施例7
除衬底为A-面的氧化铝单晶衬底，悬空p型反射镜电极为镍铝合金薄膜之外，其他同实例1.
实施例8
除衬底为6H-SiC衬底，悬空p型反射镜电极为铂薄膜外，其他同实例2.
实施例9
除衬底为4H-SiC衬底，悬空p型反射镜电极为镍金合金薄膜之外，其他同实例1.
实施例10
除衬底为氧化镓衬底，悬空p型反射镜电极为镍镁合金薄膜之外，其他同实例2..
图5为倒装、垂直结构的具有倾斜侧壁微纳结构阵列的深紫外LED的靠近p型电子阻挡层第一个量子阱中的空穴分布图。从图中可以看到，电流集中分布在器件中心，边缘分布较少。由图6可以看出，当我们刻蚀掉边缘p型氮化镓后，在侧壁倾斜角为90度时边缘无氮化镓的器件相比于边缘有氮化镓的器件的光提取增加了0.7％，当器件侧壁倾斜角为60度时边缘无氮化镓的器件相比于边缘有氮化镓的器件的光提取增加了2％。
上述实施例均能达到，通过制作侧壁倾斜结构，可以有效提高光提取效率，另外边缘处的辐射复合相对较低，但p型氮化镓对深紫外光有更多的光吸收，所以刻蚀器件边缘处的氮化镓，有助于减少氮化镓对深紫外光的吸收，从而提高倾斜侧壁微纳阵列型深紫外LED的光提取效率，且本发明方法可操作性强，工艺简单，成本低，易于实现。
本发明所涉及的衬底、成核层、非掺杂氮化铝层、n型铝镓氮层、有源层、电子阻挡层、p型铝镓氮层、p型氮化镓层、掩膜层、p型欧姆接触层、悬空p型反射镜电极、n电极等材料均可通过公知途径获得，其制备方法中的操作工艺是本技术领域的技术人员能够掌握的。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (4)
1.一种边缘无pGaN的深紫外半导体发光二极管，其特征为有以下两种倒装结构的DUVLED之一：
第一种，同侧倒装结构的DUV LED，由从下至上依次为衬底、成核层、非掺杂氮化铝层、n型铝镓氮层；部分n型铝镓氮层上依次为有源层、电子阻挡层、p型铝镓氮层、p型氮化镓层、p型欧姆接触层和悬空p型反射镜电极；剩余部分n型铝镓氮层上为n型电极；其中，从p型铝镓氮层到部分深度的n型铝镓氮层的表面一侧形成倾斜侧壁的微纳结构阵列，倾斜角度为85度～20度；p型氮化镓层在p型铝镓氮层的中部，并且其投影面积为p型铝镓氮层面积的30％～95％；p型欧姆接触层面积和p型氮化镓层相同；悬空p型反射镜电极的面积与倾斜侧壁的微纳结构中的n型铝镓氮层相同；
或者，第二种，垂直倒装结构的DUV LED，由从下至上依次为n型电极、n型铝镓氮层、有源层、电子阻挡层、p型铝镓氮层、p型氮化镓层、p型欧姆接触层和悬空p型反射镜电极构成；其中，p型氮化镓层在p型铝镓氮层的中部，并且其投影面积为p型铝镓氮层面积的30％～95％；p型欧姆接触层面积和p型氮化镓层相同；
上述两种倒装结构的DUV LED都从p型铝镓氮层到部分深度的n型铝镓氮层的表面一侧形成倾斜侧壁的微纳结构阵列，倾斜角度为85度～20度；悬空p型反射镜电极的面积与倾斜侧壁的微纳结构中的n型铝镓氮层相同；悬空p型反射镜电极，在具有倾斜侧壁的微纳结构之间保持有空气；
所述倾斜侧壁的微纳结构阵列的形状为秃头圆锥形或梯形，形状的高度为200纳米～4000纳米，倾斜角度为85度～20度，该阵列分布排列为三角形点阵、方形点阵、六角形点阵或光栅结构阵列。
2.如权利要求1所述的边缘无pGaN的深紫外半导体发光二极管，其特征为所述悬空p型反射镜电极为铝薄膜、银薄膜、镁薄膜、铂薄膜、镊金合金薄膜、镊铝合金薄膜或镊银合金薄膜。
3.如权利要求1所述的边缘无pGaN的深紫外半导体发光二极管，其特征为在第一种中，n型电极面积为非倾斜侧壁n型铝镓氮层面积的5～60％；
第二种中，n型电极面积为n型铝镓氮层面积的5～60％。
4.如权利要求1所述的边缘无pGaN的深紫外半导体发光二极管的制备方法，其特征为包括以下步骤：
第一步，通过MOCVD在衬底上依次外延成核层、非掺杂氮化铝层、n型铝镓氮层、有源层、电子阻挡层、p型铝镓氮层、p型氮化镓层，制备成DUV LED基础外延结构；
第二步，光刻：
通过光刻技术在上述第一步制备完成的DUV LED基础外延层的p型氮化镓层表面光刻形成掩膜阵列；
第三步，刻蚀：
上述第二步制作完成的掩膜阵列为掩膜，刻蚀掩膜阵列、p型GaN、p型铝镓氮、电子阻挡层、有源区、n型铝镓氮，将掩膜阵列、p型GaN、p型铝镓氮、电子阻挡层、有源区、n型铝镓氮刻蚀形成穿过量子阱结构的具有倾斜侧壁的微纳结构阵列的DUV LED外延层结构，同时制备出平面n型铝镓氮；
第四步：湿法腐蚀：
通过湿法腐蚀去除上述第三步刻蚀后残留的掩膜阵列；
第五步：制备p型欧姆接触层：
通过光刻技术，制作p型欧姆接触层掩膜阵列，使掩膜阵列只暴露p型氮化镓表面中间30％～95％区域，边缘p型氮化镓被掩膜阵列覆盖，蒸镀或溅射p型欧姆接触层，之后剥离掩膜阵列及掩膜阵列上的p型欧姆接触层；
第六步：刻蚀边缘p型氮化镓空穴注入层：
在第五步的基础上p型欧姆接触层为掩膜，ICP或RIE刻蚀未被p型欧姆接触层覆盖的p型氮化镓空穴注入层；
第七步：制备悬空反射镜电极，制成倒装结构的DUV LED：
采用以下两种工艺中的任意一种：
第一种，制成同侧倒装结构的DUV LED：
在具有倾斜侧壁的微纳结构阵列上制作悬空p型反射镜电极，在第三步刻蚀形成的部分平面n型铝镓氮上制作n型电极，此时n型电极和悬空p型反射镜电极是在同一上方侧，制成同侧倒装结构的DUV LED，即制成由下至上依次为衬底、成核层、非掺杂氮化铝层、n型铝镓氮层、n型铝镓氮层平面部分上面的n型电极、n型铝镓氮层剩余阵列部分上面的有源层、电子阻挡层、p型铝镓氮层、p型铝镓氮侧层上面部分p型氮化镓层、部分p型欧姆接触层，以及整个阵列上面的悬空p型反射镜电极构成的同侧倒装结构的DUV LED，在其外延片具有p型氮化镓的表面一侧形成倾斜侧壁的微纳结构阵列，在倾斜侧壁微纳结构阵列的顶部p型氮化镓只覆盖p型铝镓氮中心位置，占p型铝镓氮30％～95％区域，边缘无p型氮化镓和p型欧姆接触层，在p型欧姆接触层上面制作悬空p型反射镜电极，在倾斜侧壁的微纳结构之间保持有空气；
第二种，制成垂直倒装结构的DUV LED:
剥离上述第六步制成的外延结构中的衬底、成核层和非掺杂氮化铝层，并将n型电极制作在n型铝镓氮层底面，在p型欧姆接触层一侧制作悬空p型反射镜电极，制成垂直倒装结构的DUV LED，即由下至上依次为n型电极，n型铝镓氮层，有源层、电子阻挡层，p型铝镓氮层、p型铝镓氮层上面部分p型氮化镓层、部分p型欧姆接触层，以及整个阵列上面的悬空p型反射镜电极构成的垂直倒装结构的DUV LED，在其外延片具有p型氮化镓的表面一侧形成倾斜侧壁的微纳结构阵列，在倾斜侧壁微纳结构阵列的顶部p型氮化镓只覆盖p型铝镓氮中心位置，占p型铝镓氮30％～95％区域，边缘无p型氮化镓和p型欧姆接触层，在p型欧姆接触层上面制作悬空p型反射镜电极，在倾斜侧壁的微纳结构之间保持有空气。
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