[發明專利]一種AlGaN基深紫外LED器件及其制造方法

無效

• 申請號: 201210472002.1
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN103296170A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 胡斌
• 申請（專利權）人: 浙江優緯光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明屬于光電子技術領域，涉及半導體器件，特別是一種AlGaN基深紫外LED器件及其制造方法，可用于水處理、醫療與生物醫學及白光照明領域。

背景技術

研究、開發半導體深紫外發光二極管（LED）是當今寬帶隙半導體光電子器件的研究熱點。目前所用的傳統紫外光源是氣體激光器和汞燈，存在著低效率、體積大、不環保和電壓高等缺點。與之相反，半導體紫外光源是一種固態紫外光源，它具有效率高、壽命長、體積小、質量輕、環境友好、電壓低等優點，在國防技術、信息科技、生物制藥、環境監測、公共衛生等領域具有及其廣大的應用前景。高Al組分AlGaN材料是制備短波長半導體發光器件不可替代的材料體系，無論在民用和軍用方面都有重大需求。在民用方面，AlGaN基紫外(UV)光源，具有無汞污染、波長可調、體積小、集成性好、能耗低、壽命長等諸多優勢，在殺菌消毒、癌癥檢測、皮膚病治療等醫療衛生領域，在二惡英、多氯聯苯、農藥等污染物快速分解、以及水與空氣凈化等環保領域，在高顯色指數白光照明能源領域，大容量信息傳輸和存儲等信息領域具有廣泛應用。

基于高Al組分AlGaN及其低維量子結構材料的半導體UV發光器件的研究始于上世紀90年代，初期主要探索了波長在370-400?nm之間的近紫外LED的外延生長和器件研制。隨著AlGaN研究的不斷進步，高Al組分AlGaN材料質量不斷改善，相繼有各種更短波長的UV-LED的報導。2005年美國南卡羅來納州立大學的.Khan等人采用脈沖原子層MOCVD技術，在藍寶石襯底上首次外延生長出發光波長305?nm的UV-LED；隨后幾年，該研究組相繼報導了240-280?nm的UV-LED；2006年日本NTT基礎研究實驗室采用AlN基p-i-n結構，實現了發光波長210?nm的深紫外LED。雖然人們通過調節AlGaN材料的Al組分已實現了從210-360?nm波段的UV-LED，但是隨著LED發光波長變短，AlGaN材料的Al組分相應增大，從材料外延生長到器件制作的難度也隨之增大，光輸出功率逐漸降低。對于210?nm的AlN基LED，在40?mA注入電流的發光功率僅為0.02?μW，離實用相距很遠。近幾年，提高發光功率和效率成為國際上UV-LED研究的主要內容。通過研究人員的不懈努力，UV-LED的發光效率有了一定進步和提高，2008年日本理化研究所報導了發光波長227?nm?的UV-LED，30?mA下輸出功率0.15?mW；2009年該研究所和松下電工合作，實現了波長282?nm、輸出功率10.6?mW的UV-LED。然而，與GaN基藍光LED相比，目前AlGaN基UV-LED的發光功率和效率還遠不能令人們滿意，波長短于320?nm的UV-LED的發光效率普遍在1%以下。導致高Al組分AlGaN基深紫外LED效率偏低的一個主要原因是高Al組分的AlGaN材料的p型電導率過低。因為LED是一種將電能轉換為光能的半導體器件。電光轉換過程主要由三步驟構成，首先是電子和空穴的注入和傳輸到活性區，其次是電子和空穴在活性區的輻射復合發出光子，最后是光從器件表面出來。AlGaN材料施主、受主雜質離化能隨Al組分的增加而增大，降低了載流子的濃度，尤其是p型高Al組分的AlGaN材料的空穴濃度極低，同時補償中心和散射中心的增多造成其遷移率也降低，使得P型AlGaN材料的電導率極低，并無法與金屬電極形成良好的歐姆接觸，從而不得不采用P型GaN作為最頂上的電極接觸層。但由于GaN會強烈吸收紫外線，使得從正面出光的效率很低，因此傳統的AlGaN基紫外LED都不得不采用倒裝焊的封裝形式，讓光從底部藍寶石襯底出射，這增加了芯片的制造的復雜性，增加了成本和降低了良率。因此，如何獲得一種能夠與AlGaN材料體系匹配，具有良好P型導電率，而且對紫外線透明的P型材料，是目前AlGaN基紫外LED研發的關鍵問題。??　

發明內容

本發明目的就是在于解決上述的已有技術的關鍵問題，提出采用纖鋅礦結構的氮化硼薄膜作為AlGaN基深紫外LED的P型層材料，提供一種AlGaN基深紫外LED器件及其制造方法。

本發明的目的是通過以下技術方案得以實施的：

一種AlGaN基深紫外LED器件，襯底是藍寶石、碳化硅或AlN等，器件外延結構包括?AlN本征層、n型?AlGaN底層、AlGaN多量子阱有源區、p型層，其中采用纖鋅礦氮化硼(WBN)作為p型層材料。