[發明專利]一種紫外發光二極管外延結構層的制備方法

有效

• 申請號: 201810765799.1
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN110718610B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 武良文
• 申請（專利權）人: 江西兆馳半導體有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種紫外發光二極管外延結構層的制備方法。本發明包括通過濺射鍍膜的方式實現在藍寶石基板上依次生長出的AlN緩沖層、非摻雜AlN薄膜層、n型摻雜AlN層以及通過MOCVD方式生長的有源層，和通過濺射鍍膜的方式生長的p型摻雜AlN層。本發明的優點：通過物理濺射的方式生長MOCVD不易生長的高質量AlN材料并實現了n型Si摻雜和p型Mg摻雜，在此基礎上，MOCVD生長更高Al含量的AlGaN有源層更易實現，讓紫外發光二極管可以發出更短波長的紫外光，這些不僅簡化了紫外發光二極管的外延結構設計，降低了紫外發光二極管的制備難度，還因為不用制作會吸收紫外光的p型摻雜GaN歐姆接觸外延層而提高了紫外發光二極管的整體出光效率。

技術領域

本發明涉及發光二極管制備技術領域，尤其涉及一種紫外發光二極管外延結構層的制備方法。

背景技術

紫外發光二極管（UltraViolet Light Emitting Diode，簡稱UV LED）因為在殺菌消毒、環境凈化和短距離安全通訊等領域有著巨大的潛在應用價值而備受關注。目前，紫外光LED主要基于氮化鋁鎵（AlGaN）材料，其中鋁（Al）組分的提升才能獲得更短波長的深紫外光LED。但是，目前基于MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition,金屬有機化合物化學氣相沉積）方式生長的AlGaN材料在提升Al組分時會導致外延層的晶體質量急劇下降，Al組分的提高也會導致外延層的電導率迅速下降，且高Al組分的外延層摻雜更為困難，這些因素導致獲得的深紫外光LED的發光效率銳減和電壓上升。

通過MOCVD方式獲得高質量且高Al組分的AlGaN材料比較困難，MOCVD方式生長出高質量的AlN則更為困難。目前除了常見通過MOCVD方式生長獲得用于紫外光LED的AlN材料外，如何通過磁控反應濺射方式獲得高質量的AlN材料也逐漸成為近些年的研究熱點，專利號CN107492490A的專利文中的北方華創董博士團隊通過磁控濺射方式獲得的ALN材料的晶體質量XRD（002）測定結果已經能做到100左右，明顯優于通過常規方式MOCVD方式生長出的ALN材料。用濺射方式濺鍍ALN薄膜部分或完全取代MOCVD生長低溫外延氮化鎵（GaN）緩沖層改善整體外延層質量也已經成為目前GaN系LED外延工藝的主流做法。

因為紫外光吸光的問題，目前制備紫外光LED的襯底材料一般為藍寶石或氮化鋁，其中氮化鋁單晶基板尺寸難以做大且價格極其昂貴，一片2英寸高質量的氮化鋁單晶基板市場售價高達近5000美金，所以目前紫外光LED的研究主要是以藍寶石為基板。基于藍寶石基板紫外光LED的典型外延生長結構如下：在藍寶石基板上先生長作為緩沖層的AlN層，然后才是非摻雜AlGaN外延層，n型摻雜AlGaN外延層，AlGaN有源層、AlGaN電子阻擋層（EBL）、p型摻雜AlGaN外延層、p型摻雜GaN歐姆接觸外延層。

發明內容

（一）解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種紫外發光二極管外延結構層的制備方法，解決了現有技術中基于MOCVD方式生長的AlGaN材料在提升Al組分時會導致外延層的晶體質量急劇下降和導電率迅速下降的問題。

（二）技術方案

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種紫外發光二極管外延結構層的制備方法，包括在藍寶石基板上以磁控反應濺射方式依次生長 AlN緩沖層、非摻雜AlN薄膜層、n型摻雜AlN層，再使用MOCVD方式成長后續外延結構層；其中：

步驟S11、AlN緩沖層濺鍍：用磁控反應濺射的方式在藍寶石基板1上濺鍍AlN緩沖層；

步驟S12、非摻雜AlN薄膜層濺鍍：濺射腔通入氮氣，開啟射頻電源對產片進行鍍前處理，再通入氮氣和氬氣，開啟直流脈沖電源,濺鍍非摻雜AlN 薄膜層；