一种垂直结构深紫外发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种深紫外发光二极管及其制备方法，更具体地，涉及一种垂直结构深紫外发光二极管及其制备方法。

背景技术

AlGaN基深紫外发光二极管是一种新型的固态紫外光源，相较于传统汞灯电源紫外光源，具有发光波长连续可调、寿命长、体积小等诸多优势。因此，AlGaN基深紫外发光二极管已经在一些对光功率需求较小的应用场景替代汞灯，但在水消毒等功率要求高的应用上还无法取代汞灯。

目前，产品级的深紫外发光二极管外量子效率只有5％左右，这也限制了在市场上的推广和应用。导致深紫外发光二极管外量子效率低的一个主要因素是非常低的光提取效率。为了增加AlGaN基深紫外发光二极管中空穴的注入效率，现有的主流技术是采用P型GaN作为空穴注入层，而P型GaN对深紫外波段的光透过率极低，这也导致了目前非常低的光提取效率。

鉴于以上原因，目前大部分的AlGaN基深紫外发光二极管为倒装结构，在蓝宝石底部出光，同时也解决了蓝宝石散热差的问题。

但是，倒装结构发光二极管仍然为电极在同一侧的横向结构，这使得电流在N型层横向流动不等距，会出现局部电流拥堵的情况，为了解决这一问题，已有人开始垂直结构深紫外发光二极管的研究。

垂直结构深紫外发光二极管从N型面出光，再配合表面粗化等技术，可显著提高光提取效率，但是还是无法解决P-GaN对深紫外光强吸收的问题。因此，如何降低或缓解P-GaN对深紫外光强吸收同时又不影响电流横向扩展是目前亟待解决的技术问题。

鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种新型的垂直结构深紫外发光二极管。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种垂直结构深紫外发光二极管及其制备方法，其可以解决现有技术中光提取效率低、电流横向扩展差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种垂直结构深紫外发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、去除掉深紫外发光二极管的外延结构的P-GaN层的部分区域的全部或一部分；

(2)、在所述P-GaN层的表面沉积一层反射层；

(3)、在所述反射层的表面沉积一层粘合金属层；

(4)、在所述粘合金属层上结合一层导电基板层；

(5)、去除掉所述深紫外发光二极管的外延结构的N-AlGaN层下面的所有层，使所述N-AlGaN层裸露在最外层；

(6)、在所述N-AlGaN层的部分表面上制作电极金属层，且使所述电极金属层的位置与所述P-GaN层的所述部分区域相对应。

优选地，其中，所述步骤(1)中，先通过光刻技术在所述P-GaN层的部分区域的表面制备一定的图形，再利用刻蚀技术蚀刻掉所述P-GaN层上的制备了所述图形的部分。

优选地，其中，所述步骤(4)中，通过键合或电镀将所述述粘合金属层与所述导电基板层结合在一起。

优选地，其中，所述步骤(5)中，通过激光剥离、化学腐蚀或干法刻蚀去除掉所述深紫外发光二极管的外延结构的N-AlGaN层下面的所有层，使所述N-AlGaN层裸露在最外层。

优选地，其中，所述垂直结构深紫外发光二极管的制备方法进一步包括步骤(7)：对所述N-AlGaN层的未制作所述电极金属层的表面进行粗糙化处理。

优选地，其中，所述粗糙化处理采用化学腐蚀或物理刻蚀进行。

此外，本发明还提供一种垂直结构深紫外发光二极管，其包括自下而上设置的N-AlGaN、多量子阱层、P-AlGaN层和P-GaN层，其特征在于，所述P-GaN层的部分区域的全部或一部分被去除掉并在所述P-GaN层的上表面上沉积有一层反射层，所述反射层的上表面上沉积有一层粘合金属层，所述粘合金属层的上表面上结合有一层导电基板层，所述N-AlGaN层的部分下表面上制作有电极金属层且所述电极金属层的位置与所述P-GaN层的所述部分区域相对应。

优选地，其中，所述反射层由Ni、Au、Al、Pt、AuSn、ITO、Ti、Cr、DBR、ODR中的一种或多种的组合制成。

优选地，其中，所述粘合金属层由Ni、Au、Al、Pt、AuSn、Ti、Cr的任意组合制成。

优选地，其中，所述导电基板层由金属或硅制成。

与现有技术相比，本发明的垂直结构深紫外发光二极管及其制备方法具有如下有益技术效果：

1、其将P-GaN层的部分区域全部刻蚀掉或部分刻蚀掉，从而能够减少P-GaN层对深紫外光的吸收，因此，能够提高深紫外发光二极管的光提取效率。

2、其将电极金属层做在与P-GaN层的被刻蚀掉的部分区域相对应的位置，从而能够增加电流的横向扩展，降低电流拥堵。

3、其通过对N-AlGaN层的表面进行粗糙化处理，能够进一步提高深紫外光的输出。

附图说明

图1是本发明的垂直结构深紫外发光二极管的制备方法的流程图。

图2是制备本发明的垂直结构深紫外发光二极管用到的外延结构的示意图。

图3是去除掉深紫外发光二极管的外延结构的P-GaN层的部分区域的全部或一部分后的示意图。

图4是在P-GaN层的表面沉积一层反射层后的示意图。

图5是在反射层的表面沉积一层粘合金属层后的示意图。

图6是在粘合金属层上结合一层导电基板层后的示意图。

图7是去除掉深紫外发光二极管的外延结构的N-AlGaN层下面的所有层，使N-AlGaN层裸露在最外层后的示意图。

图8是本发明的垂直结构深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进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。

本发明涉及一种垂直结构深紫外发光二极管及其制备方法，用于解决现有技术中光提取效率低、电流横向扩展差的问题。

图1示出了本发明的垂直结构深紫外发光二极管的制备方法的流程图。如图1所示，本发明的垂直结构深紫外发光二极管的制备方法包括以下步骤：

一、去除掉深紫外发光二极管的外延结构的P-GaN层107的部分区域的全部或一部分。

当然，在此之前，需要先选定深紫外发光二极管的外延结构。在本发明中，只要深紫外发光二极管的外延结构具有依次设置的P-GaN层、P-AlGaN层、多量子阱(MQWS)层和N-AlGaN层即可，而对于深紫外发光二极管的外延结构的具体结构不作限定。

图2示出了制备本发明的垂直结构深紫外发光二极管用到的一个示例性的外延结构的示意图。如图2所示，所述深紫外发光二极管的外延结构由下到上依次包括衬底101、AlN层(也就是，缓冲层)102、AlGaN层103、N-AlGaN层104、MQWS层(也就是，多量子阱层)105、P-AlGaN层106和P-GaN层107。当然，具体采用的外延结构不限于以上结构。

其中，所述衬底101可为多种材料，包括但不限于蓝宝石、氮化镓、硅、氮化铝等。

在本发明中，可以先通过光刻技术在所述P-GaN层107的部分区域的表面制备一定的图形。然后再利用刻蚀技术蚀刻掉所述P-GaN层107上的制备了所述图形的部分，也就是，刻蚀掉制备了图形的所述P-GaN层。当然，在进行刻蚀时，可以将制备了图形的所述P-GaN层全部刻蚀掉，也可以只刻蚀掉一部分，而使得制备了图形的所述P-GaN层变薄。

其中，图3示出了去除掉深紫外发光二极管的外延结构的P-GaN层的部分区域的全部或一部分后的示意图。由图3可知，其只是刻蚀掉了所述P-GaN层的部分区域的一部分，也就是，只是使得所述P-GaN层的部分区域变薄，而没有将其全部刻蚀掉。当然，也可以使得所述P-GaN层的部分区域被全部刻蚀掉，此时将会使得P-AlGaN层106的部分区域被裸露出来。

由于P-GaN层对于深紫外光(260nm-320nm)波段的光具有很强的吸收，透过率极低，但目前主流的外延结构的水平又无法将这一层取消，因此，往往会使得深紫外发光二极管的光提取效率较低。而在本发明中，通过将P-GaN层的部分区域全部或部分刻蚀掉，可以减少P-GaN层对深紫外光的吸收，从而大大提高了深紫外发光二极管的光提取效率。

二、在所述P-GaN层107的表面沉积一层反射层201。

在本发明中，在去除掉深紫外发光二极管的外延结构的P-GaN层107的部分区域的全部或一部分之后，要在所述P-GaN层107的表面沉积一层反射层201，如图4所示。

所述反射层201为对深紫外光具有高反射的层，其可以是金属层或其它薄膜层。

在本发明中，对所述反射层201的材料不做具体限定，只要其对深紫外光具有高反射即可。优选地，所述反射层201可以由Ni、Au、Al、Pt、AuSn、ITO、Ti、Cr、DBR、ODR中的一种或多种的组合制成。

更优选地，所述反射层201的厚度是均匀的。这样，在所述P-GaN层的被去除掉的区域，在沉积了所述反射层201后，该区域仍然是凹陷的。

三、在所述反射层201的表面沉积一层粘合金属层202。

在本发明中，在所述P-GaN层107的表面沉积一层反射层201之后，需要在所述反射层201的表面沉积一层粘合金属层202，如图5所示。

所述粘合金属层202主要起到粘合作用，其可以是金属薄膜。

在本发明中，对所述粘合金属层202的材料不做具体限定，只要其具有粘合作用即可。优选地，所述粘合金属层202可以由Ni、Au、Al、Pt、AuSn、Ti、Cr的任意组合制成。

更优选地，所述粘合金属层202的厚度也是均匀的。这样，在所述P-GaN层的被去除掉的区域，在沉积了所述粘合金属层202后，该区域仍然是凹陷的。

四、在所述粘合金属层202上结合一层导电基板层301。

在本发明中，在所述反射层201的表面沉积一层粘合金属层202之后，需要在所述粘合金属层202上结合一层导电基板层301，如图6所示。

所述导电基板层301用于作为导电衬底。

在本发明中，对所述导电基板层301的材料不做具体限定，只要其能够作为导电衬底即可。优选地，所述导电基板层301可以由金属、硅或其它材质制成。

同时，在本发明中，优选地，可以通过键合、电镀或其它方式将所述述粘合金属层202与所述导电基板层301结合在一起。

更优选地，所述导电基本层301的厚度要大于其它层的厚度。并且，所述导电基本层301的表面是平坦的，不存在凹凸情况。

五、去除掉所述深紫外发光二极管的外延结构的N-AlGaN层104下面的所有层，使所述N-AlGaN层104裸露在最外层。

在本发明中，在所述粘合金属层202上结合一层导电基板层301之后，需要去除掉所述深紫外发光二极管的外延结构的N-AlGaN层104下面的所有层，使所述N-AlGaN层104裸露在最外层，如图7所示。

如前所述，本发明中使用的深紫外发光二极管的外延结构由下到上依次包括衬底101、AlN层102、AlGaN层103、N-AlGaN层104、MQWS层(也就是，多量子阱层)105、P-AlGaN层106和P-GaN层107。因此，在该步骤中，需要将原生衬底101、AlN层(也就是，缓冲层)102和AlGaN层103去除掉，使得所述N-AlGaN层104裸露在最外层。

同时，在本发明中，对具体的去除方式，不进行限定。优选地，可以通过激光剥离、化学腐蚀、干法刻蚀或其它方式去除掉所述深紫外发光二极管的外延结构的N-AlGaN层104。

六、在所述N-AlGaN层104的部分表面上制作电极金属层401，且使所述电极金属层401的位置与所述P-GaN层107的所述部分区域相对应。

在本发明中，最后是在所述N-AlGaN层104的部分表面上制作电极金属层401。并且，在制作所述电极金属层401时，要使所述电极金属层401的位置与所述P-GaN层107的所述部分区域相对应。这样，即制备了本发明的垂直结构深紫外发光二极管，如图8所示。

在垂直结构深紫外发光二极管中，所述P-GaN层107主要提供空穴，而所述N-AlGaN层104提供电子。在通过电流时电子和空穴的移动主要在纵向方向，也就容易造成电流拥堵。在本发明中，所述P-GaN层107的去除掉的部分区域无法或很少提供空穴，而所述电极金属层401制作在该部分区域的对应位置，使得电子空穴不得不横向扩展，也就避免了电流拥堵情况。

并且，在本发明中，优选地，在所述N-AlGaN层104的部分表面上制作电极金属层401之后，可以对所述N-AlGaN层104的未制作所述电极金属层401的表面进行粗糙化处理。通过对N-AlGaN层的表面进行粗糙化处理，能够进一步提高深紫外光的输出。

在本发明中，不对具体的粗糙化处理技术进行限定。优选地，所述粗糙化处理可以采用化学腐蚀、物理刻蚀或其它方法进行。

由此，如图8所示，本发明的垂直结构深紫外发光二极管包括自下而上设置的N-AlGaN层104、多量子阱层105、P-AlGaN层106和P-GaN层107。

其中，所述P-GaN层107的部分区域的全部或一部分被去除掉并在所述P-GaN层107的上表面上沉积有一层反射层201。

所述反射层201的上表面上沉积有一层粘合金属层202。

所述粘合金属层202的上表面上结合有一层导电基板层301。

所述N-AlGaN层104的部分下表面上制作有电极金属层401且所述电极金属层401的位置与所述P-GaN层107的所述部分区域相对应。

优选地，所述反射层201由Ni、Au、Al、Pt、AuSn、ITO、Ti、Cr、DBR、ODR中的一种或多种的组合制成。

更优选地，所述粘合金属层202由Ni、Au、Al、Pt、AuSn、Ti、Cr的任意组合制成。

再优选地，所述导电基板层301由金属或硅制成。

本发明的垂直结构深紫外发光二极管的通过对P-GaN层的部分区域去除掉的方法能够减少对深紫外光的吸收；同时，通过将电极金属层制作在P-GaN层的被去除掉的部分区域的对应位置，使得电子空穴不得不横向扩展，也就避免了电流拥堵情况。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。