[发明专利]一种图形化深紫外LED外延结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种图形化深紫外LED外延结构及其制备方法，结构上从上到下依次包括：平片衬底、六方氮化硼成核层、介质层、AlN低温层、AlN高温层、n型AlGaN层、Al_xGa_1‑xN/Al_yGa_1‑yN多量子阱有源层、Mg掺杂的p型AlGaN阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层、Mg掺杂的p型GaN层，所述六方氮化硼成核层和介质层在平片衬底面上交互生长，介质层呈图形化周期排列。本发明采用贴掩膜或者光刻技术在六方氮化硼成核层中制得呈图形化阵列排布的微孔，然后在微孔中沉积介质层，该结构促进AlN材料的横向外延生长。六方氮化硼散热性好，可以大幅提高氮化铝器件的性能，同时六方氮化硼可以释放衬底层与AlN层之间的应力使得AlN易于剥离，能显著减少AlN位错，提高AlN晶体质量。

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，特别是涉及一种图形化深紫外LED外延 结构及其制备方法。

背景技术

随着LED应用的发展，紫外LED的市场需求越来越大，发光波长覆盖 210-400nm的紫外LED，具有传统的紫外光源无法比拟的优势。紫外LED 不仅可以用在照明领域，同时在生物医疗、防伪鉴定、空气，水质净化、生 化检测、高密度信息储存等方面都可替代传统含有毒有害物质的紫外汞灯， 在目前的LED背景下，紫外光市场前景非常广阔。

目前，紫外LED外延生长技术还不够成熟，生长高性能紫外LED的材 料制备困难，并且p层掺杂难度大，发光区域发光效率低下等限制，导致紫 外LED芯片的发光效率不高，制备成本高，难度大，成品率低。

但是由于缺乏适合的衬底，目前仍主要采用异质外延法在蓝宝石和SiC 等衬底上生长AlN材料。在异质外延生长过程中，AlN与衬底间的晶格失配 和热膨胀系数差异将在外延层中诱导产生缺陷及残余应力，降低AlN的晶体 质量。六方氮化硼(h-BN)具有二维平面结构，层间以弱的范德华力相互作 用，有望成为异质外延衬底的缓冲层降低AlN外延层与衬底间的强键合作 用，降低位错密度并消除残余应力。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于深紫外LED的外延结构及制备方法， 能够明显改善紫外LED外延生长材料的结晶质量，提升紫外LED的发光亮 度。

为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为，一种图形化深紫外 LED外延结构，结构上从下到上依次包括：平片衬底、六方氮化硼成核层、 AlN低温层、AlN高温层、n型AlGaN层、Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有 源层、Mg掺杂的p型AlGaN阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层、Mg掺杂 的p型GaN层，所述六方氮化硼成核层上的表面开设有多个贯穿该层的微孔，多个所述的微孔呈图形化周期排列且微孔内沉积的介质材料形成介质 层，所述介质层的底部与平片衬底连接，所述六方氮化硼成核层的厚度不大 于介质层的厚度，所述AlN低温层与六方氮化硼成核层的连接面上介质层所 在的位置处呈开口向下的内凹状。

作为图形化深紫外LED外延结构进一步的改进：

优选的，所述平片衬底的材质为蓝宝石、硅或者碳化硅中的一种。

优选的，所述介质层的材质为SiO₂、Si₃N₄或Si_xN中的一种，其中0＜x ＜1。

优选的，所述六方氮化硼成核层的厚度为1-99nm，所述介质层的厚度 为1-100nm，所述六方氮化硼成核层与介质层的厚度差为1-20nm。

优选的，所述微孔呈圆柱形，底部直径为1-500nm，相邻微孔之间的距 离相同且为1-500nm。