阅读说明：本技术 一种超薄结构深紫外led及其制备方法 (Ultra-thin structure deep ultraviolet LED and preparation method thereof ) 是由 王永进 于 2019-08-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超薄结构深紫外LED及其制备方法,超薄结构深紫外LED由从上往下依次设置的掺杂n型AlGaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层制成的总厚度小于600nm的深紫外LED。超薄结构深紫外LED制备方法：首先光刻定义器件,并通过刻蚀暴露出掺杂n型AlGaN层,其次生长SiO<Sub>2</Sub>钝化层,沉积电极,形成LED结构,通过倒装键合将LED器件和新衬底键合在一起,接着通过激光剥离或研磨抛光工艺去除蓝宝石衬底,进一步减薄去除AlN缓冲层和非掺杂AlGaN层,并减薄掺杂n型AlGaN层,剩余减薄的掺杂n型AlGaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的总厚度小于600nm,形成超薄结构深紫外LED。该超薄结构深紫外LED能抑制器件内波导模式,提升器件的电光转换效率,提高器件的响应速度,根据应用需求不同,可作为发光器件、探测器件等用于率照明、显示和光通信领域。(The invention discloses an ultra-thin structure deep ultraviolet LED and a preparation method thereof, wherein the ultra-thin structure deep ultraviolet LED is a deep ultraviolet LED with the total thickness of less than 600nm, and is prepared by sequentially arranging an n-type AlGaN layer, a quantum well layer, a p-type electron barrier layer and a p-type GaN layer from top to bottom. The preparation method of the ultra-thin structure deep ultraviolet LED comprises the following steps: firstly, defining a device by photoetching, exposing a doped n-type AlGaN layer by etching, and secondly, growing SiO 2 The LED structure is formed by bonding an LED device and a new substrate together through flip-chip bonding, then the sapphire substrate is removed through a laser stripping or grinding polishing process, the AlN buffer layer and the undoped AlGaN layer are further thinned and removed, the doped n-type AlGaN layer is thinned, the total thickness of the residual thinned doped n-type AlGaN layer, the quantum well layer, the p-type electronic barrier layer and the p-type GaN layer is smaller than 600nm, and the ultra-thin structure deep ultraviolet LED is formed. The ultra-thin deep ultraviolet LED can inhibit the waveguide mode in the device and improve the electro-optic conversion of the deviceThe efficiency is improved, the response speed of the device is improved, and the device can be used as a light-emitting device, a detection device and the like in the fields of rate illumination, display and optical communication according to different application requirements.)

一种超薄结构深紫外LED及其制备方法

技术领域

本发明涉及超薄结构深紫外LED及其制备技术领域，特别是涉及一种超薄结构深紫外LED及其制备方法。

背景技术

基于AlGaN(氮化铝镓)材料的紫外LED是目前氮化物技术发展和第三代材料技术发展的主要趋势，拥有广阔的应用前景。紫外LED应用范围很广，如空气和水的净化、消毒、紫外医疗、高密度光学存储系统、全彩显示器以及固态白光照明等等。半导体紫外光源作为半导体照明后的又一重大产业，已经引起半导体光电行业的广泛关注。

但与蓝光LED不同，目前紫外LED正处于技术发展期，还存在一些难以突破的问题，如AlGaN基紫外LED的内量子效率和发射功率相对较低，并且结构较为复杂。

因此，如何提高AlGaN基紫外LED的内量子效率和发射功率成为亟待解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种能抑制器件内波导模式，提升器件的电光转换效率，提高器件的响应速度，根据应用需求不同，可作为发光器件、探测器件等用于率照明、显示和光通信领域的超薄结构深紫外LED及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种超薄结构深紫外LED，由从上往下依次设置的掺杂n型AlGaN层、量子阱层，p型电子阻挡层、p型GaN层和新衬底制成的总厚度小于600nm的深紫外LED。

一种超薄结构深紫外LED制备方法，选择原始晶圆为自下而上的蓝宝石衬底1、AlN缓冲层2、非掺杂u型AlGaN层3、掺杂n型AlGaN层4、量子阱层5、p型电子阻挡层6和p型GaN层7，按照如下步骤进行制作超薄结构深紫外LED：

a．首先使用光刻定义器件刻蚀原始晶圆，并且从p型GaN层开始向蓝宝石衬底方向进行刻蚀，最终将原始晶圆刻蚀暴露出一部分掺杂n型AlGaN层；

b.之后在暴露出来的掺杂n型AlGaN层顶部两侧以及未刻蚀的原始晶圆远离蓝宝石衬底的顶部两侧生长SiO2钝化层；

c.步骤b制得的半成品的SiO2钝化层之间上沉积电极，并且形成LED结构晶圆；

d.通过倒装键合将步骤c得到的LED结构晶圆与新衬底键合在一起，得到双衬底LED晶圆；

e.通过激光剥离或研磨抛光工艺，去除步骤d得到的双衬底LED晶圆中的原始晶圆的蓝宝石衬底，保留新键合的新衬底；

f.进一步去除AlN缓冲层2和非掺杂u型AlGaN层3，并且减薄掺杂n型AlGaN层，剩余的掺杂n型AlGaN层4、p型电子阻挡层6和p型GaN层7的总厚度小于600nm的LED结构，形成超薄结构深紫外LED。

进一步地，掺杂n型AlGaN层4的n的数量为1-3层。

进一步地，步骤a中进行原始晶圆刻蚀时，刻蚀了需要露出的掺杂n型AlGaN层的长度为原始晶圆的直径的三分之一至二分之一，以便沉积n电极。

进一步地，步骤d在将步骤c得到的LED结晶晶圆与新衬底进行倒装键合时，c得到的LED结晶晶圆的电沉积区域通过金属键合层与新衬底键合，这里所说的新衬底为硅衬底或碳化硅衬底，通常为硅衬底。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的超薄结构深紫外LED由从上往下依次设置的掺杂n型AlGaN层、掺杂n型AlGaN层、p型电子阻挡层、p型GaN层和宝蓝石衬底制成的总厚度小于600nm的深紫外LED，该结构的超薄结构深紫外LED，其光波导模式的数量由于器件厚度的减小而大幅度的减小，从而抑制超薄结构深紫外LED内的波导模式。因此，更多地超薄结构深紫外LED激发光逸出器件，提升了超薄结构深紫外LED的电光转换效率。同时，超薄结构深紫外LED的厚度减小后，其电阻相应减小，电阻电容(RC)常数减小，从而提高器件的响应速度。而且，超薄结构深紫外LED的厚度减小后，超薄结构深紫外LED的电阻相应减小，产生的热效应也降低，进一步提升了其的性能。

本发明的超薄结构深紫外LED制备方法：首先光刻定义器件，并通过刻蚀暴露出掺杂n型AlGaN层，其次生长SiO₂钝化层，沉积电极，形成LED结构，通过倒装键合将LED器件和新衬底键合在一起，接着通过激光剥离或研磨抛光工艺去除蓝宝石衬底，进一步减薄去除AlN缓冲层和非掺杂u型AlGaN层，并减薄掺杂n型AlGaN层，剩余掺杂n型AlGaN层、p型电子阻挡层和p型GaN层的总厚度小于600nm，形成超薄结构深紫外LED。

综上所述，该超薄结构深紫外LED能抑制器件内波导模式，电阻相应减小，产生的热效应也降低，提升器件的电光转换效率，提高器件的响应速度，根据应用需求不同，可作为发光器件、探测器件等用于率照明、显示和光通信领域。

附图说明

图1为超薄结构深紫外LED结构图；

图2为超薄结构深紫外LED制备流程图；

图3为原始晶圆的结构图；

图4为亚波长理想垂直结构LED器件的结构示意图；

其中：1-蓝宝石衬底，2- AlN缓冲层，3-非掺杂u型AlGaN层，4-掺杂n型AlGaN层，5-量子阱层，6- p型电子阻挡层，7-p型GaN层，8-新衬底。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种超薄结构深紫外LED，由从上往下依次设置的掺杂n型AlGaN层4、量子阱层5，p型电子阻挡层6、p型GaN层7和新衬底8制成的总厚度小于600nm的深紫外LED。这里所说的新衬底8，仅仅指常用新衬底，并不特殊指代，所述新衬底为8为硅衬底或碳化硅衬底或Ni/Sn衬底（镍锡衬底）。较优的实施方式是掺杂n型AlGaN层4的n的数量为1-3层，可以保证其较好的性能。

详见图2所示， 一种超薄结构深紫外LED制备方法，选择原始晶圆为自下而上的蓝宝石衬底1、AlN缓冲层2、非掺杂u型AlGaN层3、掺杂n型AlGaN层4、量子阱层5、p型电子阻挡层6和p型GaN层7，原始晶圆的结构如图3所示，按照如下步骤进行制作超薄结构深紫外LED：

a.首先使用光刻定义器件刻蚀原始晶圆，并且从p型GaN层开始向蓝宝石衬底方向进行刻蚀，最终将原始晶圆刻蚀暴露出一部分掺杂n型AlGaN层；

b.之后在暴露出来的掺杂n型AlGaN层顶部两侧以及未刻蚀的原始晶圆远离蓝宝石衬底的顶部两侧生长SiO2钝化层；

c.步骤b制得的半成品的SiO2钝化层之间上沉积电极，如图2中的Electrode，并且形成LED结构晶圆；

d.通过倒装键合将步骤c得到的LED结构晶圆与新衬底键合在一起，得到双衬底LED晶圆；

e.通过激光剥离或研磨抛光工艺，去除步骤d得到的双衬底LED晶圆中的原始晶圆的蓝宝石衬底，保留新键合的新衬底；

f.进一步去除AlN缓冲层2和非掺杂u型AlGaN层3，并且减薄掺杂n型AlGaN层，剩余的掺杂n型AlGaN层4、p型电子阻挡层6和p型GaN层7的总厚度小于600nm的LED结构，形成超薄结构深紫外LED。

综合地说，本发明的超薄结构深紫外LED，选用原始晶圆自下向上包括蓝宝石衬底、AlN缓冲层、非掺杂u型AlGaN层、掺杂n型AlGaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层。首先光刻定义器件，并通过刻蚀暴露出掺杂n型AlGaN层，其次生长SiO₂钝化层，沉积电极，形成LED结构，通过倒装键合将LED器件和新衬底键合在一起，接着通过激光剥离或研磨抛光工艺去除蓝宝石衬底，进一步减薄去除AlN缓冲层和非掺杂u型AlGaN层，并减薄掺杂n型AlGaN层，剩余掺杂n型AlGaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的总厚度小于600nm，形成超薄结构深紫外LED。该超薄结构深紫外LED能抑制器件内波导模式，提升器件的电光转换效率，提高器件的响应速度，根据应用需求不同，可作为发光器件、探测器件等用于率照明、显示和光通信领域。

在上述实施例中，掺杂n型AlGaN层4的n的数量为1-3层，具有更好的使用性能。

在上述实施例中，步骤a中进行原始晶圆刻蚀时，刻蚀了需要露出的掺杂n型AlGaN层的长度为原始晶圆的直径的三分之一至二分之一，以便更好地在步骤b制得的半成品的SiO2钝化层之间沉积n电极，为其提供足够的电子沉积空间。

在上述实施例中，步骤d在将步骤c得到的LED结晶晶圆与新衬底进行倒装键合时，c得到的LED结晶晶圆的电沉积区域通过金属键合层(图2中的metal)与新衬底键合，这里所说的新衬底为硅衬底或碳化硅衬底，通常为硅衬底。我们目前采用的electrode (电极沉积)为Ni/Au，衬底金属为Ni/Sn，用于实现晶圆之间的金属键合。

也就是说，经过上述方法制得的超薄结构深紫外LED，所选择的原始晶圆中的AlN缓冲层、非掺杂u型AlGaN层、掺杂n型AlGaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的总体厚度在5微米左右，远远大于超薄深紫外LED的发光波长，经过该技术路线后，超薄深紫外LED的厚度仅仅包括减薄后的掺杂n型AlGaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层，并且超薄深紫外LED的厚度小于600nm。

经过上述方法制得的超薄结构深紫外LED与亚波长理想垂直结构LED近似，亚波长理想垂直结构LED如图4所示，其中d ₀ 为LED器件外延层原始厚度，d ₁ 指垂直结构LED厚度，λ为LED器件发光中心波长，V _turn-on器件开启电压，V器件前置电压。

从图4看出，亚波长理想垂直结构LED具有依次键合在键合晶圆的p-GaN底部的银层Ag、金属键合层Bonding metal、硅层Silicon和作为电子沉积层的Cr/Pt/Au层，其中键合晶圆包括p-GaN、MQW、n-GaN、u-GaN和buffer layer，键合晶圆的总体厚度为d ₀ ，此时d ₀ 远远大于λ，经过步骤（a）减薄处理后，去除buffer layer 和u-GaN，并减薄n-GaN层，剩余p-GaN、MQW和n-GaN层时，厚度为d _1， 其λ大于d ₁ ；随后再进行电子沉积Electrtrode，沉积电极后，得到厚度为d ₁ 的亚波长理想垂直结构LED，当V>V _turn-on ，表示器件处于开启发光工作模式下，这时亚波长理想垂直结构LED器件具备发光探测共存现象，即器件在发光的同时可以探测外部入射光(Incident)，具有收发双工特性。而且反射光线Emitted light可以从电子沉积层Electrode的一侧反射出来。其光波导模式的数量由于器件厚度的减小而大幅度的减小，从而抑制超薄结构深紫外LED内的波导模式，提升了超薄结构深紫外LED的电光转换效率，以及提高了超薄深紫外LED器件的响应速度。

名词解释，本说明书以及图4中：p-GaN与p型GaN相同，均指p型镓氮；MQW为 量子阱；n-GaN与n型GaN指示的相同，均指n型镓氮；u-GaN与u型GaN指示的相同，均指u型镓氮；buffer layer也是指缓冲层；Emitted light，反射光线；Incident light，入射光线。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。