CN112420887A - 一种深紫外led器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种深紫外LED器件及其制作方法，涉及半导体技术领域。该深紫外LED器件包括：衬底；位于衬底一侧的缓冲层；位于缓冲层一侧的发光层；其中，发光层包括P型接触层，P型接触层的厚度为1～50nm；位于发光层一侧的N型电极与P型电极；其中，N型电极与P型电极呈距离设置。本申请提供的深紫外LED器件及其制作方法具有光电转换效率更高的优点。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种深紫外LED器件及其制作方法。
背景技术
紫外LED光源具有体积小、无毒环保、寿命长等优点，在水质净化、医疗器械、全彩显示、光学存储，生化检测等各个领域有着广泛的应用前景，随着环境保护措施的推进，日益显现出巨大的社会和经济价值。
在AlGaN基深紫外LED中，电光转换效率是评价器件性能的主要参数，而优化P型接触层结构和提高p型欧姆接触质量是提高器件电光转换效率的关键。
其中，为优化材料生长质量和电学接触，以及避免特殊结构设计和材料特性带来的工艺复杂性和稳定性问题，目前提供的AlGaN基深紫外LED中的p型接触层普遍采用直接生长100nm以上的p-GaN，其厚度较厚，对波长320nm以下的紫外光吸收高达70％以上，进而导致电光转换效率不高。
综上，现有技术中的AlGaN基深紫外LED存在光电转换效率不高的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种深紫外LED器件及其制作方法，以解决现有技术中AlGaN基深紫外LED存在的光电转换效率不高的问题。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
一方面，本申请实施例提供了一种深紫外LED器件，所述深紫外LED器件包括：
衬底；
位于所述衬底一侧的缓冲层；
位于所述缓冲层一侧的发光层；其中，所述发光层包括P型接触层，所述P型接触层的厚度为1～50nm；
位于所述发光层一侧的N型电极与P型电极；其中，所述N型电极与所述P型电极呈距离设置。
可选地，所述发光层还包括N型层、多量子阱层以及P型层；所述缓冲层、所述N型层、所述多量子阱层、所述P型层以及所述P型接触层逐层连接；所述N型电极与所述N型层连接，所述P型电极与所述P型接触层连接。
可选地，所述P型接触层的厚度为1～10nm。
可选地，所述N型电极与所述P型电极均为欧姆接触电极。
另一方面，本申请实施例还提供了一种深紫外LED器件制作方法，所述深紫外LED器件制作方法包括：
提供一衬底；
沿所述衬底的一侧生长缓冲层；
沿所述缓冲层的一侧生长发光层；其中，所述发光层包括P型接触层，所述P型接触层经减薄、修复处理后的厚度为1～50nm；
沿所述发光层的一侧制作N型电极与P型电极；其中，所述N型电极与所述P型电极呈距离设置。
可选地，所述沿所述缓冲层的一侧生长发光层的步骤包括：
沿所述缓冲层的一侧依次生长N型层、多量子阱层、P型层以及P型接触层；
对所述P型接触层进行减薄处理，直至所述接触层的厚度减薄至1～50nm；
对所述P型接触层进行减薄后修复处理。
可选地，所述对所述P型接触层进行减薄处理的步骤包括：
利用氧化刻蚀、等离子体处理、超声处理、辐照处理、激光蚀刻、湿法腐蚀、高精度研磨、电子束轰击、退火以及材料再生长中至少一种工艺对所述P型接触层进行减薄处理。
可选地，所述对所述P型接触层进行减薄后修复处理的步骤包括：
利用溶液处理、等离子体处理、退火、辐照处理以及材料再生长中至少一种工艺对减薄后的P型接触层进行修复处理。
可选地，所述沿所述发光层的一侧制作N型电极与P型电极的步骤包括：
对所述发光层的部分区域进行刻蚀，直至露出N型层；
在所述N型层上制作N型电极；
在所述发光层的一侧制作P型电极。
相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请提供了一种深紫外LED器件及其制作方法，深紫外LED器件包括：衬底；位于衬底一侧的缓冲层；位于缓冲层一侧的发光层；其中，发光层包括P型接触层，P型接触层的厚度为1～50nm；位于发光层一侧的N型电极与P型电极；其中，N型电极与P型电极呈距离设置。由于P型接触层的厚度仅为1～50nm，其厚度较薄，且减薄厚度可根据器件的发光波长而定，因此P型接触层对紫外光的吸收较少，极大增强了深紫外LED器件的光电转换效率，且工艺稳定性好、技术开发成本低、工艺简单。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图。
图1为本申请实施例提供的深紫外LED器件的一种剖面图。
图2为本申请实施例提供的深紫外LED器件制作方法的一种流程图。
图3为本申请实施例提供的图2中S106的子步骤的一种流程图。
图4为本申请实施例提供的S1061对应的深紫外LED器件的剖面图。
图5为本申请实施例提供的图2中S108的子步骤的一种流程图。
图6为本申请实施例提供的S1081对应的深紫外LED器件的剖面图。
图7为本申请实施例提供的S1082与S1082对应的深紫外LED器件的剖面图。
图8为本申请实施例提供的深紫外LED器件制作方法的另一种流程图。
图9为本申请实施例提供的S112对应的深紫外LED器件的剖面图。
图中：100-深紫外LED器件；101-衬底；102-缓冲层；103-N型层；104-多量子阱层；105-P型层；106-P型接触层；107-发光层；108-N型电极；109-P型电极；110-绝缘层；111-P型加厚电极；112-N型加厚电极。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
正如背景技术中所述，AlGaN基深紫外LED中的p型接触层的厚度普遍采用100nm以上，其厚度较厚，对紫外光的吸收较强，进而导致电光转换效率不高。
有鉴于此，为了解决现有技术中深紫外LED的光电转换效率不高的问题，本申请提供了一种深紫外LED器件，通过减薄P型接触层的方式，达到提升深紫外LED器件的光电转换效率的目的。
下面对本申请提供的深紫外LED器件进行示例性说明：
作为一种可选的实现方式，请参阅图1，深紫外LED器件100包括衬底101、缓冲层102、发光层107以及电极。其中，缓冲层102位于衬底101的一侧，发光层107位于缓冲层102的一侧，电极包括N型电极108与P型电极109，N型电极108与P型电极109呈距离设置，即N型电极108与P型电极109之间不接触。换言之，衬底101、缓冲层102、发光层107以及电极逐层连接。
同时，发光层107包括P型接触层106，P型接触层106的厚度为1～50nm。相比于传统的深紫外LED器件100将P型接触层106的厚度设置为大于100nm的方式，本实施例提供的P型接触层106的厚度较小，因此其对紫外光的吸收较小，使得深紫外LED器件100在进行发光时，因内部层级结构吸收原因导致的出光损耗降低，进而提升了光电转换效率，使得深紫外LED器件100的光电性能得以提升。
其中，本申请并不对衬底101的材质进行具体限定，例如，其可以为蓝宝石衬底或SiC衬底等。
缓冲层102能够起到减小衬底101与其它材质之间晶格失配的效果，其中，缓冲层102的材质可以采用AlGaN。
作为一种可选的实现方式，发光层107还包括N型层103、多量子阱层104以及P型层105。缓冲层102、N型层103、多量子阱层104、P型层105以及P型接触层106逐层连接，N型电极108与N型层103连接，P型电极109与P型接触层106连接。
其中，N型层103、多量子阱层104以及P型层105用于复合发光，即N型层103提供的电子与P型层105提供的空穴在多量子阱层104中复合发光。并且，N型层103可以为N型AlGaN层，P型层105可以为P型AlGaN层。
P型接触层106用于连接P型AlGaN层与P型电极109，进而起到减小P型层105与P型电极109之间晶格失配的作用。其中，P型接触层106的材质也可以采用AlGaN。
为了将P型接触层106的厚度设置为1～50nm，且使P型接触层106的成膜效果更好，本实施例采用先外延厚度较大的P型接触层106，例如外延的P型接触层106的厚度为100nm以上，然后对P型接触层106进行减薄并修复。由于若直接外延1～50nm的P型接触层106，则P型接触层106由于较薄，因此其连续性可能不佳，表面形貌也可能不均匀，而通过先外延厚度较大的P型接触层106，然后再减薄的方式，则其生长后的表面更加均匀，同时，在减薄过程中，也能调整P型接触层106的表面形貌，使得P型接触层106连续性更好，更易形成良好的电极欧姆接触。
可选地，作为一种实现方式，本实施例提供的P型接触层106的厚度可以为1～10nm，例如，P型接触层106的厚度可以为10nm。相比于传统的大于100nm的P型接触层106，本实施例提供的P型接触层106的厚度仅为其十分之一，因此其对紫外光的吸收较小，深紫外LED器件100的光电转换效率更高。并且，P型接触层106的减薄厚度可根据器件的发光波长而定，更能满足实际需求。
当然地，作为一种可选的实现方式，为了防止N型层103提供的电子在P型层105与P型层105提供的空穴进行复合，降低发光效率，本实施例提供的深紫外LED器件100还包括电子阻挡层，电子阻挡层位于P型层105与多量子阱层104之间，以阻挡N型层103提供的电子进行P型层105。
其中，为了有利于深紫外LED器件100的电流的输入输出，N型电极108与P型电极109均为欧姆接触电极，即N型电极108与N型层103之间欧姆接触，P型电极109与P型接触层106之间也为欧姆接触。
可选地，为了便于深紫外LED器件100与其它器件的连接，深紫外LED器件100还包括P型加厚电极111、N型加厚电极112以及绝缘层110，N型加厚电极112与N型电极108连接，P型加厚电极111与P型电极109连接；绝缘层110位于发光层107的远离衬底101的一侧，且绝缘层110环绕于N型电极108、N型加厚电极112、P型电极109以及P型加厚电极111外。
可选地，通过设置N型加厚电极112与P型加厚电极111，可以使得N型加厚电极112与P型加厚电极111的表面齐平，进而能够实现与其它器件之间更好的连接，通过设置绝缘层110，能够起到保护深紫外LED器件100的效果。
基于上述实现方式，本实施例还提供了一种深紫外LED器件制作方法，请参阅图2，该深紫外LED器件制作方法包括：
S102，提供一衬底。
S104，沿衬底的一侧生长缓冲层。
S106，沿缓冲层的一侧生长发光层；其中，发光层包括P型接触层，P型接触层的经减薄、修复处理后厚度为1～50nm。
S108，沿发光层的一侧制作N型电极与P型电极；其中，N型电极与P型电极呈距离设置。
可选地，请参阅图3，S106包括：
S1061，沿缓冲层的一侧依次生长N型层、多量子阱层、P型层以及P型接触层。
S1062，对P型接触层进行减薄处理，直至接触层的厚度减薄至1～50nm。
S1063，对P型接触层进行减薄后修复处理。
即在本实施例中，请参阅图4，首先沿衬底101的一侧依次生长缓冲层102、N型层103、多量子阱层104、P型层105以及P型接触层106，此时P型接触层106的厚度较厚，例如P型接触层106的厚度大于100nm，然后采用相应的表面处理工艺对P型接触层106进行减薄和修复处理，获得厚度较薄、连续性好的p型欧姆接触层及其无损表面。其中，P型接触层106的厚度可以减薄至1～50nm，例如，其厚度可以减薄至10nm。
作为一种实现是实现方式，在对P型接触层106进行减薄处理时，可利用氧化刻蚀、等离子体处理、超声处理、辐照处理、激光蚀刻、湿法腐蚀、高精度研磨、电子束轰击、退火以及材料再生长中至少一种工艺对P型接触层106进行减薄处理。
作为一种实现是实现方式，在对P型接触层106进行减薄后修复处理时，可利用溶液处理、等离子体处理、退火、辐照处理、以及材料再生长中至少一种工艺对减薄后的P型接触层106进行修复处理。需要说明的是，若直接采用外延的方式在P型层105的表面外延较薄的P型接触层106，则由于其厚度较小，形成的P型接触层106的表面可能不连续，形貌不佳。而通过先生长较厚的P型接触层106，然后再对P型接触层106进行减薄和修复，不仅能够外延生长出连续性更好，形貌更佳的P型接触层106，并且在减薄的过程中也能够修正P型接触层106的形貌，使得P型接触层106的形貌及连续性更好，深紫外LED器件100在保持良好的电学接触情况下达到更佳的出光效果。
可选地，请参阅图5，S108包括：
S1081，对发光层的部分区域进行刻蚀，直至露出N型层。
S1082，在N型层上制作N型电极。
S1083，在P型层上制作P型电极。
即为了制作N型电极108与P型电极109，需要确定N电极区与P电极区，其中，请参阅图6，可通过光刻和干法刻蚀的方式去除部分区域的P型接触层106、P型层105、多量子阱层104，以露出N型层103，形成N电极区，然后在N电极区上制作N型电极108。
其中，本申请提供两种方式形成N电极区：
第一种，在进行刻蚀时，不对N型层103进行刻蚀，而仅将多量子阱层104刻蚀完全即可，进而可以露出N型层103的表面。
第二种，在进行刻蚀时，同时对部分N型层103进行刻蚀，并刻蚀至N型层103的中间位置，此时也露出N型层103。
在制作N电极区后，请参阅图7，即可在N电极区制作N型电极108，可选地，本实施例采用电子束蒸发或磁控溅射的方式在N电极区的N型层103表面沉积一层N型欧姆接触材料，通过光刻、剥离或蚀刻工艺形成N接触电极，并通过退火形成N欧姆接触电极，以使N型电极108与N型层103之间实现欧姆接触。
同时，在P电极区也需要制作P型电极109，可选地，本实施例同样采用电子束蒸发或磁控溅射的方法在P电极区的P型接触层106表面沉积一层p型欧姆接触材料，通过光刻、剥离或蚀刻工艺形成P接触电极，并通过退火形成p欧姆接触电极。
在步骤S108之后，请参阅图8，该方法的还包括:
S110，沿发光层的远离衬底的一侧沉积绝缘层。
S112，对位于N型电极与P型电极区域的绝缘层进行刻蚀，以露出N型电极与P型电极。
S114，沿P型电极的表面沉积P型加厚电极；沿N型电极的表面沉积N型加厚电极。
可选地，请参阅图9，为了便于本实施例提供的深紫外LED器件100与其它器件之间的连接，在器件表面沉积一层绝缘层110后，在绝缘层110上光刻出P型电极109和N型电极108区域，并腐蚀去除该部分处的绝缘层110，露出p型和N型层103的欧姆接触电极部分，即对N电极区与P电极区的绝缘层110进行光刻，直至露出N型电极108与P型电极109。
通过该方式去部分绝缘层110后，会在P电极区形成P型电极109开口，同时在N电极区形成N型电极108开口。
然后，在P型电极109开口和N电极开口处分别沉积P型加厚电极111和N型加厚电极112。最后制作的深紫外LED器件100如图1所示。
综上所述，本申请提供了一种深紫外LED器件及其制作方法，深紫外LED器件包括：衬底；位于衬底一侧的缓冲层；位于缓冲层一侧的发光层；其中，发光层包括P型接触层，P型接触层的厚度为1～50nm；位于发光层一侧的N型电极与P型电极；其中，N型电极与P型电极呈距离设置。由于P型接触层的厚度仅为1～50nm，其厚度较薄，且减薄厚度可根据器件的发光波长而定，因此P型接触层对紫外光的吸收较少，极大增强了深紫外LED器件的光电转换效率，且工艺稳定性好、技术开发成本低、工艺简单。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种深紫外LED器件，其特征在于，所述深紫外LED器件包括：
衬底；
位于所述衬底一侧的缓冲层；
位于所述缓冲层一侧的发光层；其中，所述发光层包括P型接触层，所述P型接触层的厚度为1～50nm；
位于所述发光层一侧的N型电极与P型电极；其中，所述N型电极与所述P型电极呈距离设置。
2.如权利要求1所述的深紫外LED器件，其特征在于，所述发光层还包括N型层、多量子阱层以及P型层；所述缓冲层、所述N型层、所述多量子阱层、所述P型层以及所述P型接触层逐层连接；所述N型电极与所述N型层连接，所述P型电极与所述P型接触层连接。
3.如权利要求1所述的深紫外LED器件，其特征在于，所述P型接触层的厚度为1～10nm。
4.如权利要求1所述的深紫外LED器件，其特征在于，所述N型电极与所述P型电极均为欧姆接触电极。
5.一种深紫外LED器件制作方法，其特征在于，所述深紫外LED器件制作方法包括：
提供一衬底；
沿所述衬底的一侧生长缓冲层；
沿所述缓冲层的一侧生长发光层；其中，所述发光层包括P型接触层，所述P型接触层经减薄、修复处理后的厚度为1～50nm；
沿所述发光层的一侧制作N型电极与P型电极；其中，所述N型电极与所述P型电极呈距离设置。
6.如权利要求5所述的深紫外LED器件制作方法，其特征在于，所述沿所述缓冲层的一侧生长发光层的步骤包括：
沿所述缓冲层的一侧依次生长N型层、多量子阱层、P型层以及P型接触层；
对所述P型接触层进行减薄处理，直至所述接触层的厚度减薄至1～50nm；
对所述P型接触层进行减薄后修复处理。
7.如权利要求6所述的深紫外LED器件制作方法，其特征在于，所述对所述P型接触层进行减薄处理的步骤包括：
利用氧化刻蚀、等离子体处理、超声处理、辐照处理、激光蚀刻、湿法腐蚀、高精度研磨、电子束轰击、退火以及材料再生长中至少一种工艺对所述P型接触层进行减薄处理。
8.如权利要求6所述的深紫外LED器件制作方法，所述对所述P型接触层进行减薄后修复处理的步骤包括：
利用溶液处理、等离子体处理、退火、辐照处理以及材料再生长中至少一种工艺对减薄后的P型接触层进行修复处理。
9.如权利要求5所述的深紫外LED器件制作方法，其特征在于，所述沿所述发光层的一侧制作N型电极与P型电极的步骤包括：
对所述发光层的部分区域进行刻蚀，直至露出N型层；
在所述N型层上制作N型电极；
在所述发光层的一侧制作P型电极。
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