[发明专利]一种具有高反射薄膜的紫外发光二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是一种具有共振高反射膜的紫外发光二极管及其制作方法。

背景技术

III-V族化合物半导体材料作为第三代半导体材料的杰出代表，具有很多优良的特性，尤其是在光学应用方面，由Ga、Al、In、N组成的合金{Ga(Al，In)N}可以覆盖整个可见光区和近紫外光区。而且纤铸矿结构的III族氮化物都是直接带隙，非常适合于光电子器件的应用。特别是在紫外光区，AlGaN基多量子阱的紫外LED已显示出巨大的优势，成为目前紫外光电器件研制的热点之一。然而，随着LED发光波长的变短，GaN基LED有源层中Al组分越来越高，高质量AlGaN材料的制备具有很大难度，AlGaN材料造成UV-LED的外量子效率和光功率都很低，成为了UV-LED发展的瓶颈，是当前急需解决的问题。

AlGaN基多量子阱UV-LED器件具有广阔的应用前景。紫外光在丝网印刷、聚合物固化、环境保护、空气与水净化、医疗与生物医学、白光照明以及军事探测、空间保密通信等领域都有重大应用价值。

由于p型AlGaN层难以形成良好的欧姆接触，提供良好的空穴注入效率，因此在p型层一侧多采用p-GaN层制作p型欧姆接触，以提高p型层的空穴注入效率。但由于p-GaN层对紫外光(200nm-365nm)的强吸收和较低的反射率，使量子阱向p型层一侧辐射的光被p-GaN层吸收，从而不能被提取出来，造成较低的光提取效率和光辐射功率损失严重。虽然银反射镜对蓝光的反射率达到90％以上，但是对200nm-365nm波段的紫外光的反射率较低(＜10％)。未被提取的光大部分被吸收转换成热量，使器件温度上升，严重影响器件的可靠性。铝在紫外波段的反射率较高，但是由于P型层的功函数较高(7.5eV)，而铝的功函数只有4.28eV，因此铝与P型层难以获得欧姆特性的接触。目前，200-365nm波段的紫外发光二极管为了获得较好的电学性能，一般不使用反射镜。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种具有高反射薄膜结构的AlGaN基紫外发光二极管器件及制作方法，其涉及微电子技术领域，主要解决紫外发光二极管背面出光结构中出光效率低的问题。

本发明公开了一种高反射紫外发光二极管(UV-LED)装置，该装置依次包括：衬底(11)、AlN成核层(12)、n型AlGaN势垒层(13)、有源区(14)、p型AlGaN势垒层(15)和p型GaN冒层(16)；其中，所述p型AlGaN势垒层上制作有高反射薄膜(110)，用于将光反射后从器件底部发射出去。

本发明还公开了一种高反射紫外发光二极管装置的制作方法，其包括：

步骤1、生长外延结构，所述外延结构按照自下而上的顺序包括低温AlN成核层(121)、高温AlN模板层(122)、n型AlGaN势垒层(13)、有源区(14)、高Al组分p型AlGaN势垒层(151)、低Al组分p型AlGaN势垒层或Al组分渐变减小的p型AlGaN势垒层(152)、p型GaN冒层(16)；

步骤2、从顶部的部分p型GaN冒层(16)刻蚀至n型AlGaN势垒层(13)，形成n型AlGaN台面；

步骤3、在未被刻蚀的p型GaN冒层(16)上光刻形成窗口区，并采用氯基ICP工艺刻蚀所述窗口区至低Al组分p型AlGaN势垒层或Al组分渐变减小的p型AlGaN势垒层(152)的表面或表面以下，形成反射窗口，其中所述窗口区内保留有一部分p型GaN冒层(16)；

步骤4、在所述n型AlGaN台面上光刻出n型电极图形，并在所述n型电极图形区蒸发n型欧姆接触金属，形成n型欧姆接触电极(17)；

步骤5、在所保留的p型GaN冒层(16)顶部光刻出p型电极图形，并在所述p型电极图形区蒸发p型欧姆接触金属，形成p型欧姆接触电极(18)；

步骤6、在所述反射窗口制作高反射薄膜，完成所述高反射紫外发光二极管的制作。

本发明公开的上述AlGaN基高反射紫外发光二极管及其制作方法，其应用于倒装结构、倒装薄膜或垂直结构的紫外发光二极管，将部分p-GaN层刻蚀掉，制作具有高反射率(＞80％)的高反射镜结构提高发光二极管的光提取效率；在未刻蚀的p-GaN层上制作p型欧姆接触电极，使器件既具有良好的欧姆接触性能，又具有较高的紫外反射率，从而保证紫外发光二极管的较好的电学性能的条件下，提高发光二极管的光提取效率。