一种深紫外LED器件及其制备方法与流程

本发明涉及半导体光电领域，尤其涉及一种深紫外led器件及其制备方法。

背景技术：

1、在紫外线中，波长在200纳米至350纳米的光线被称为深紫外线。而深紫外led（lightemittingdiode）器件因其高效、环保、节能、可靠等优势，在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大的应用价值，这些优势是普通的紫外发光二极管所无法比拟的。

2、深紫外led器件的材料体系为algan材料，最常用的衬底为蓝宝石，通常在衬底上先生长aln本征层，再生长algan材料。其中，aln本征层与c面蓝宝石仍然存在较大的晶格失配，会存在大量由蓝宝石衬底向上穿透的穿透位错；同时另外，在蓝宝石上生长的aln本征层中存在有巨大的内应力，这些内应力会降低其上生长的algan材料晶体质量，从而导致深紫外led器件的发光效率降低。

3、因此，亟需一种深紫外led器件及其制备方法以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种aln本征层及其制备方法，用于改善现有的深紫外led器件的发光效率较低的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种深紫外led器件，包括沿生长方向依次层叠设置的衬底、aln合并层、aln本征层、电子注入层、电流扩展层、量子阱有源层、电子阻挡层、空穴注入层以及欧姆接触层；

3、其中，衬底靠近aln合并层的一侧表面设置有多个凸部，每个凸部的顶面与aln合并层相接触，相邻两个凸部与aln合并层之间形成空心区域。

4、优选地，凸部的截面图形为圆锥、圆柱、长方体、正方体、三角锥以及多面体中的一种或多种。

5、优选地，多个凸部形成的周期结构的宽度为0.1μm~100μm，每个凸部的宽度为0.1μm~50μm，每个凸部的高度为0.2μm~200μm。

6、优选地，aln合并层与凸部相接触的底面积占aln合并层的底面积的10%~90%。

7、优选地，aln合并层的厚度为1nm~10000nm，aln本征层的厚度为100nm~10000nm。

8、优选地，电子注入层包括n型掺杂层，n型掺杂层为si掺杂的algan材料，掺杂浓度为1e18cm-3~8e19cm-3，al组分为40%~90%，厚度为100nm~8000nm。

9、优选地，电子注入层还包括设置于aln本征层与n型掺杂层之间的非故意掺杂层，非故意掺杂层为algan材料，al组分为40%~90%，厚度为50nm~1000nm。

10、相应地，本发明还提供一种如上任一项的深紫外led器件的制备方法，方法至少包括：

11、s10，在衬底上外延生长aln缓冲层；

12、s20，分别对衬底以及aln缓冲层进行图形化处理，使衬底形成多个凸部，并使经过图形化处理后的aln缓冲层在衬底上的正投影与凸部的顶面重合；

13、s30，以aln缓冲层为籽晶外延生长aln合并层，aln合并层的底面与凸部的顶面平齐设置，相邻两个凸部与aln合并层之间形成空心区域；

14、s40，在aln合并层上外延生长aln本征层。

15、优选地，s30步骤具体包括：

16、s31，在衬底上沉积保护层，保护层完全覆盖aln缓冲层；

17、s32，对部分保护层进行剥离处理，以暴露出aln缓冲层；

18、s33，以aln缓冲层为籽晶在保护层上外延生长aln合并层，aln合并层的底面与凸部的顶面平齐设置；

19、s34，对保护层进行剥离处理，使相邻两个凸部与aln合并层之间形成空心区域。

20、优选地，保护层的材料为硅氧化物或者硅氮化物，对保护层进行剥离处理的剥离液为氢氟酸或者boe溶液。

21、本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种深紫外led器件及其制备方法，包括沿生长方向依次层叠设置的衬底、aln合并层、aln本征层、电子注入层、电流扩展层、量子阱有源层、电子阻挡层、空穴注入层以及欧姆接触层，其中，衬底靠近aln合并层的一侧表面设置有多个凸部，每个凸部的顶面与aln合并层相接触，相邻两个凸部与aln合并层之间形成空心区域；上述深紫外led器件通过在aln合并层与衬底之间人为引入多个不具备外延材料的空心区域，能够释放aln材料薄膜在生长过程中积累的应力，同时通过图形化衬底的方式，使aln材料生长过程中的位错弯曲而湮灭，从而减少了后续生长的algan材料的位错密度，进而提高了algan材料的晶体质量，进一步提高了深紫外led器件的发光效率。

技术特征：

1.一种深紫外led器件，其特征在于，包括沿生长方向依次层叠设置的衬底、aln合并层、aln本征层、电子注入层、电流扩展层、量子阱有源层、电子阻挡层、空穴注入层以及欧姆接触层；

2.根据权利要求1所述的深紫外led器件，其特征在于，所述凸部的截面图形为圆锥、圆柱、长方体、正方体、三角锥以及多面体中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的深紫外led器件，其特征在于，多个所述凸部形成的周期结构的宽度为0.1μm~100μm，每个所述凸部的宽度为0.1μm~50μm，每个所述凸部的高度为0.2μm~200μm。

4.根据权利要求1所述的深紫外led器件，其特征在于，所述aln合并层与所述凸部相接触的底面积占所述aln合并层的底面积的10%~90%。

5.根据权利要求1所述的深紫外led器件，其特征在于，所述aln合并层的厚度为1nm~10000nm，所述aln本征层的厚度为100nm~10000nm。

6.根据权利要求1所述的深紫外led器件，其特征在于，所述电子注入层包括n型掺杂层，所述n型掺杂层为si掺杂的algan材料，掺杂浓度为1e18cm-3~8e19cm-3，al组分为40%~90%，厚度为100nm~8000nm。

7.根据权利要求6所述的深紫外led器件，其特征在于，所述电子注入层还包括设置于所述aln本征层与所述n型掺杂层之间的非故意掺杂层，所述非故意掺杂层为algan材料，al组分为40%~90%，厚度为50nm~1000nm。

8.一种根据权利要求1至7任一项所述的深紫外led器件的制备方法，其特征在于，所述方法至少包括：

9.根据权利要求8所述的深紫外led器件的制备方法，其特征在于，所述s30步骤具体包括：

10.根据权利要求9所述的深紫外led器件的制备方法，其特征在于，所述保护层的材料为硅氧化物或者硅氮化物，对所述保护层进行剥离处理的剥离液为氢氟酸或者boe溶液。

技术总结
本发明提供了一种深紫外LED器件及其制备方法，包括沿生长方向依次层叠设置的衬底、AlN合并层、AlN本征层、电子注入层、电流扩展层、量子阱有源层、电子阻挡层、空穴注入层以及欧姆接触层，其中，衬底靠近AlN合并层的一侧表面设置有多个凸部，每个凸部的顶面与AlN合并层相接触，相邻两个凸部与AlN合并层之间形成空心区域；上述深紫外LED器件通过在AlN合并层与衬底之间人为引入多个不具备外延材料的空心区域，能够释放AlN材料薄膜在生长过程中积累的应力，同时通过图形化衬底的方式，使AlN材料生长过程中的位错弯曲而湮灭，从而减少了后续生长的AlGaN材料的位错密度，进而提高了AlGaN材料的晶体质量，进一步提高了深紫外LED器件的发光效率。

技术研发人员：张骏,陈圣昌,岳金顺,戴江南,陈长清
受保护的技术使用者：苏州紫灿科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/26