[发明专利]蛾眼结构深紫外发光二极管及制备方法

说明书

本发明公开了一种蛾眼结构深紫外发光二极管及制备方法，所述蛾眼结构深紫外发光二极管包括外延层和蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底具有第一表面和第二表面；所述第一表面上设置有外延层，所述第二表面上设置有周期性的蓝宝石蛾眼结构，且所述蓝宝石蛾眼结构的周期为3～5μm，高度为1～3μm，鼓包底宽为2～3μm。所述蛾眼结构深紫外发光二极管使光提取效率大大增加，有效提高了深紫外发光二极管的性能，且解决了制备过程中存在损伤的问题。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是一种蛾眼结构深紫外发光二极管及制备方法。

背景技术

随着第三代半导体迅速发展，AlGaN深紫外发光二极管(DUV-LED)在空气净化、水净化、杀菌消毒、紫外光疗、生化检测、保密通信等领域具有广泛应用前景而受到持续关注，但是由于其低的光提取效率而无法满足市场应用的需求。深紫外发光二极管目前主流是沿着c面外延生长，其主体结构自下而上依次包括：c面蓝宝石衬底，AlN缓冲层，n型高Al组分AlGaN层，量子阱区，电子阻挡层和p型GaN层。从量子阱有源区发出的光会经过蓝宝石表面辐射区、非逃逸区、蓝宝石侧面辐射区、波导区、p-GaN吸收区。在光的传递过程中，有源区发出的50％深紫外光会被p-GaN全部吸收，另外50％的紫外光中，由于多层界面的反射和全反射，被AlN/蓝宝石界面、蓝宝石/空气界面和蓝宝石侧面/空气界面全反射回LED内部的光线几乎全被n型金属电极和p型GaN层吸收，严重限制了DUV-LED光提取效率的提升，导致目前光提取效率小于8％。关于外延生长的材料改进方面，目前使用p型AlGaN来替代p型GaN，能通过改变材料组分一定程度上降低p型GaN材料对深紫外光的吸收。关于外延生长的工艺改进方面，目前通过纳米图形化衬底、侧面隐形切割、光子晶体等能通过改变工艺制备手段一定程度上降低AlN/蓝宝石界面和蓝宝石侧面/空气界面的全反射。而关于DUV-LED在结构设计方面，目前缺少有效的结构设计来减弱蓝宝石/空气界面的全反射以提高其光提取效率，目前报道在蓝宝石背面制备蛾眼结构的设计方案仅将光提取效率增加1.5倍，且工艺制备过程中会对蓝宝石正面芯片结构造成一定程度的损伤，急需提出一个更好的方案来进一步提升光提取效率并解决制备过程中的损伤问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是，提供一种蛾眼结构深紫外发光二极管及制备方法，来解决现有技术中深紫外发光二极管光提取效率较低且制备过程中存在一定程度损伤的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的第一个技术方案是：提供一种蛾眼结构深紫外发光二极管，该蛾眼结构深紫外发光二极管包括外延层和蓝宝石衬底，蓝宝石衬底具有第一表面和第二表面；第一表面上设置有外延层，第二表面上设置有周期性的蓝宝石蛾眼结构，且蓝宝石蛾眼结构的周期为3～5μm，高度为1～3μm，鼓包底宽为2～3μm。

为解决上述技术问题，本发明采用的第二个技术方案是：提供一种蛾眼结构深紫外发光二极管制备方法为：采用具有第一表面和第二表面的蓝宝石衬底，于第一表面上设置外延层，并用光刻工艺于第二表面上形成有周期性的蓝宝石蛾眼结构，且蓝宝石蛾眼结构的周期为3～5μm，高度为1～3μm，鼓包底宽为2～3μm。

其中，光刻工艺包括以下步骤：衬底减薄，激光隐形切割，蓝宝石蛾眼结构掩膜制备，蛾眼结构刻蚀，去除光刻胶。

其中，衬底减薄的步骤包括：将蓝宝石衬底从第二表面快速减薄到200μm～300μm；对第二表面进行抛光并超声清洗，后进行恒温烘干。

其中，激光隐形切割的步骤包括：对经过衬底减薄步骤后的样片，分别在距离第二表面的70μm和140μm处进行切割，并保留包含第一表面的样片。

其中，蓝宝石蛾眼结构掩膜制备的步骤包括：对经过激光隐形切割步骤后的样片在加热的丙酮中进行超声清洗，冲水甩干后恒温烘烤；在第二表面旋涂得到胶厚为2μm～3μm的光刻胶层后进行恒温烘烤；对光刻胶层表面使用标准步进扫描投影式曝光2s～3s，后进行显影冲洗。