[发明专利]纳米图形衬底上生长的AlInGaN紫外发光二极管及其制造方法

说明书

本发明公开了一种AlInGaN紫外发光二极管的制备方法。首先在蓝宝石衬底上制备纳米图形衬底，衬底边缘有刻蚀圈，在以上图形衬底上低温生长一层AlN薄层，随后提高生长温度，采用低V/III、高温、低压、快速生长模式生长非掺杂的AlInGaN层，快速覆盖纳米图形。然后依次生长N型AlInGaN接触层，AlInGaN量子阱，AlInGaN电子阻挡层，最后生长P型AlInGaN接触层。因为AlN薄膜和纳米图形衬底之间形成生长的纳孔洞空洞，这些空洞会形成很好的紫外光反射粗糙面，形成高效紫外出光。纳米图形衬底上侧向外延生长模式，能够有效降低AlN薄膜的位错密度，提升AlInGaN紫外发光二极管的内量子效率。本发明能够从内量子效率和提取效率方面极大地改善AlInGaN紫外发光二极管的性能。

技术领域

本发明涉及一种AlInGaN紫外发光二极管，具体涉及一种纳米图形衬底上的紫外发光二极管制备方法及相应的发光二极管。

背景技术

紫外发光二极管是指波长100nm到365nm之间的发光二极管，在固化、杀菌消毒、医疗、生化检测和保密通讯等领域有重大应用价值。与汞灯紫外光源相比，基于氮化铝镓(AlInGaN)材料的深紫外发光二极管具备坚固、节能、寿命长、无汞环保等优点，正逐步渗入汞灯的传统应用领域。同时，深紫外发光二极管的独特优势又激发了许多新的消费类电子产品应用，如白色家电的消毒模块、便携式水净化系统、手机消毒器等，从而展现出广阔的市场前景，成为全球研究热点。

紫外发光二极管的杀菌原理是利用发光二极管产生的深紫外线对细菌的脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的分子键进行破坏，破坏原有细菌菌落并阻止细菌的复制繁殖，达到杀死细菌的目的。紫外杀菌技术利用高强度深紫外线照射，能够将各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他病原体直接杀死，目前被广泛应用于民生、医疗以及生产制造行业。同时更长波长的紫外波长如280nm～320nm有很好的医用效果，对促成黑色素细胞合成黑素具有明显的作用，所以此波段的紫外线被认为是治疗白癜风有效的手段。

因紫外发光二极管的极大的应用价值，现在对紫外发光二极管的研究也趋于热门。目前紫外发光二极管主要采用AlInGaN作为主要生长材料，利用CVD外延生长方法生长出所需要的发光结构。最基本的结构包含AlInGaN缓冲层，AlInGaN非掺杂层，n型AlInGaN层，AlInGaN量子阱层，AlInGaN电子阻挡层，以及P型AlInGaN层。

AlInGaN材料生长有较大难度，因为Al原子表面迁移较慢，难以形成良好的单晶薄膜，所以目前AlInGaN材料尤其是AlN材料的质量相对比较差，这导致AlInGaN量子阱的内量子效率非常低。同时，因为AlInGaN材料发出的紫外光会被本身材料形成较大的吸收，光的内部损失非常明显，紫外光的提取效率也非常低。

虽然，目前紫外AlInGaN发光二极管应用广泛，研究热度高。但是，因为AlInGaN发光二极管存在的内量子效率低以及提取效率低的问题，导致目前AlInGaN发光二极管的发光效率较低。目前15milx15mil的芯片在20mA驱动电流下发光亮度约2mW，发光效率低导致杀菌效率也偏低。

基于以上原因，本发明提供了一种纳米图形衬底上生长的AlInGaN发光二极管的方法和结构，目的是从AlInGaN材料质量以及紫外光的提取效率两个方面入手提升AlInGaN发光二极管的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服传统方法和结构中AlInGaN材料质量较差且AlInGaN内量子效率较低的问题，运用纳米图形衬底生长AlInGaN材料，既提升了AlInGaN材料的质量，又形成良好的光提取结构，以此能够极大提高紫外AlInGaN发光二极管器件的发光性能，从而实现高的杀菌效率。

本发明通过以下方式实现：一种纳米图形衬底上生长的AlInGaN紫外发光二极管的制备方法，包括：

(1)取纳米图形衬底，放入高温CVD设备中高温烘烤，清洗衬底表面的氧化物和杂质；