[發明專利]采用側壁等離激元技術提高紫外發光二極管效率的方法

在審

• 申請號: 201410817187.4
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN104465905A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 孫莉莉;張韻;閆建昌;王軍喜;李晉閩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及一種光電子器件的制備方法，尤其涉及一種采用側壁等離激元技術提高紫外發光二極管效率的制備方法。

背景技術

紫外發光二極管，因其在激發白光、生化探測、殺菌消毒、凈化環境、聚合物固化以及短距離安全通訊等諸多領域的巨大潛在應用價值而備受關注。與傳統紫外光源汞燈相比，AlGaN基紫外發光二極管有壽命長、工作電壓低、波長可調、環保、方向性好、迅速切換、耐震耐潮、輕便靈活等優點，隨著研究工作的深入，將成為未來新型紫外應用的主流光源。

然而，由于高品質AlGaN材料外延生長困難，晶體質量較低，與GaN基藍光發光二極管相比，目前紫外發光二極管的發光效率較低，成為阻礙其廣泛應用的瓶頸。文獻[1](Applied?Physics?Letters?102，211110(2013))報道了采用等離激元技術，可以有效提高紫外發光二極管的發光效率。在其器件制備流程中，核心步驟是刻蝕量子阱上方的p型GaN和p型AlGaN，形成圖形化凹坑，使量子阱位于金屬的等離激元耦合范圍之內。由于金屬距離量子阱的距離越小，等離激元的耦合效果越好，所以圖形化凹坑的底部應盡量接近量子阱，即凹坑需要有足夠的深度。然而，如果采用文獻[1]所報道的干法刻蝕工藝制備凹坑，會面臨很大挑戰。首先，為了增強等離激元耦合效果，希望凹坑底部接近量子阱，另一方面，如果溝槽底部越接近量子阱，干法刻蝕過程中就越容易刻蝕到量子阱，造成量子阱的損傷，從而降低了紫外發光二極管的內量子效率，同時影響器件可靠性，縮短使用壽命。由于等離子體干法刻蝕有一定的損傷深度，該工藝對量子阱的損傷是很難避免的。其次，干法刻蝕的刻蝕速度不易控制，造成片上刻蝕深度不均勻以及等離激元的耦合效果不均勻，片上器件出光效率均勻性差。

針對以上問題，在傳統制備工藝流程中，不增加任何工藝步驟的基礎上，本發明提出了一種采用有源區側壁等離激元技術提高紫外發光二極管發光效率的方法，利用這種方法可以有效精確控制量子阱到金屬等離激元的距離，并消除了工藝過程中對量子阱造成損傷的風險，從而增強了等離激元技術提高紫外發光二極管發光效率的效果。

發明內容

本發明的目的在于，提出了一種采用有源區側壁等離激元技術提高紫外發光二極管效率的制備方法。

本發明提供一種采用側壁等離激元技術提高紫外發光二極管效率的方法，包括：

步驟1：在基底上依次生長AlN緩沖層、n型AlGaN層、AlGaN有源區、AlGaN電子阻擋層、p型AlGaN層和p型InGaN電極接觸層；

步驟2：從所述p型InGaN電極接觸層頂部開始向下刻蝕，刻蝕深度至n型AlGaN層內，形成發光二極管pn結脊形結構及其兩側的臺面；

步驟3：在所述臺面上制作n型接觸電極；

步驟4：在所述脊形結構上的p型InGaN電極接觸層上制作p型接觸電極；

步驟5：在脊形結構及兩側臺面上沉積電絕緣層，該電絕緣層覆蓋n型接觸電極和p型接觸電極；

步驟6：在n型接觸電極和p型接觸電極的上方，分別形成上電極窗口區和下電極窗口區；

步驟7：在所述上電極窗口區及兩側的電絕緣層制作上電極層；

步驟8：在所述下電極窗口區上制作下電極層，完成方法的制作。

本發明的有益效果是，在不增加傳統工藝步驟的基礎上，利用這種方法可以有效精確控制量子阱到金屬等離激元的距離，并消除了工藝過程中對量子阱造成損傷的風險，從而增強了等離激元技術提高紫外發光二極管發光效率的效果。

附圖說明

為進一步說明本發明的技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中：

圖1是本發明的制備工藝流程圖；

圖2是本發明制備過程中間步驟的結構示意圖；

圖3是本發明的制備完成后的結構示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1、圖2及圖3所示，本發明提供一種采用側壁等離激元技術提高紫外發光二極管效率的方法，包括：

步驟1：在基底201上依次生長AlN緩沖層202、n型AlGaN層203、AlGaN有源區204、AlGaN電子阻擋層205、p型AlGaN層206和p型InGaN電極接觸層207，所述的基底201的材料為藍寶石、SiC、AlN或Si，所述的p型InGaN電極接觸層207的厚度為厚度為5nm-1000nm