本發(fā)明涉及光電子器件技術領域，尤其涉及一種紫外發(fā)光二極管(LED)器件的制備方法。

背景技術：

紫外發(fā)光二極管(UV-LED)器件，因其在激發(fā)白光、生化探測、殺菌消毒、凈化環(huán)境、聚合物固化以及短距離安全通訊等諸多領域的巨大潛在應用價值而備受關注。與傳統(tǒng)紫外光源汞燈相比，AlGaN基UV-LED有壽命長、工作電壓低、波長可調、環(huán)保、方向性好、迅速切換、耐震耐潮、輕便靈活等優(yōu)點，隨著研究工作的深入，將成為未來新型紫外應用的主流光源。然而，由于高品質AlGaN材料外延生長難度較高，以及紫外光提取困難等原因，與GaN基藍光發(fā)光二極管相比，目前UV-LED的發(fā)光效率較低，成為阻礙其廣泛應用的瓶頸。

參考文獻報道了將AlN緩沖層粗化和插入空氣隙的方法(Journal of Crystal Growth 310，2326-2329，(2008))，減小后續(xù)生長薄膜中的應力，增加氮化物生長過程中Al原子的遷移，從而提高了AlGaN材料質量。此外，AlN緩沖層的粗化還有效增加了紫外光的出光通道。因此該技術可有效提高了紫外LED的發(fā)光效率。參考文獻報道的技術路線如圖1所示，包括以下工藝流程：步驟A：在襯底上生長AlN低溫成核層；步驟B：在低溫AlN成核層上生長AlN高溫緩沖層；步驟C：通過光刻和刻蝕工藝將高溫AlN緩沖層圖形化；步驟D：在圖形化的AlN高溫緩沖層上繼續(xù)生長AlN高溫緩沖層，形成空氣隙；步驟E：在AlN高溫緩沖層上依次生長N型電極接觸層Al_xGa_1-xN、Al_xGa_1-xN量子阱、Al_xGa_1-xN電子阻擋層、P型Al_xGa_l-xN和P型電極接觸層GaN；步驟F：依次刻蝕P型電極接觸層GaN、P型Al_xGa_1-xN、Al_xGa_1-xN電子阻擋層和Al_xGa_1-xN量子阱，形成LED芯片PN結的臺階；步驟G：分別在N型Al_xGa_l-XN和P型GaN上制備金屬電極接觸。

該技術路線在制備空氣隙的過程中需要借助光刻和刻蝕工藝，會引入一定污染，污染MOCVD設備，也對后續(xù)生長的氮化物材料的晶體質量造成不利影響。此外，這些額外工藝也會增加器件的加工成本。

技術實現要素：

鑒于上述技術問題，本發(fā)明的目的在于，提供了一種紫外發(fā)光二極管(LED)器件的制備方法。采用含In或含Ga的AlN低溫成核層(例如AlInN、AlGaN或AlInGaN等)代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術中的AlN低溫成核層。由于In和Ga，特別是In在高溫時易從低溫成核層中發(fā)生析出和蒸發(fā)，因此在含有In或Ga的低溫成核層上高溫生長AlN緩沖層過程中，低溫成核層會變粗糙，在AlN緩沖層中引入空氣隙，可以提高外延材料質量和緩解應力，從而達到提高UV-LED發(fā)光效率的目的。本發(fā)明提出一種無需借助光刻和刻蝕工藝，將低溫成核層粗化，在AlN緩沖層中引入空氣隙，從而提高UV-LED發(fā)光效率的方法，消除了光刻和刻蝕工藝可能會對設備造成的污染，并降低器件的加工成本。

本發(fā)明提供一種紫外發(fā)光二極管器件的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在襯底上生長含In或含Ga的AlN低溫成核層；

步驟2：在低溫成核層上生長AlN高溫緩沖層，高溫過程中In和Ga析出、蒸發(fā)，使低溫成核層自組裝形成空氣隙；

步驟3：在AlN高溫緩沖層上依次生長N型Al_xGa_l-xN電極接觸層、Al_xGa_l-xN量子阱層、Al_xGa_1-xN電子阻擋層、P型Al_xGa_1-xN層和P型In_xGa_1-xN電極接觸層；

步驟4：在P型In_xGa_1-xN電極接觸層的上面向下依次刻蝕P型In_xGa_1-xN電極接觸層、P型Al_xGa_1-xN層、Al_xGa_1-xN電子阻擋層和Al_xGa_1-xN量子阱層，暴露出N型Al_xGa_1-xN電極接觸層，在N型Al_xGa_1-xN電極接觸層上的一側形成LED芯片PN結的臺面；

步驟5：在N型Al_xGa_1-xN電極接觸層一側的臺面上制備n型接觸電極；

步驟6：在P型In_xGa_l-xN電極接觸層上制備p型接觸電極，完成制備。

從上述技術方案可以看出，本發(fā)明紫外發(fā)光二極管(LED)器件的制備方法，通過AlInN、AlGaN或AlInGaN低溫成核層代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術中的AlN低溫成核層，利用在高溫生長AlN緩沖層過程中，低溫成核層中In或Ga的析出和蒸發(fā)現象，造成低溫成核層的粗化，在AlN中引入空氣隙，從而達到提高UV-LED發(fā)光效率的目的。消除了傳統(tǒng)粗化和空氣隙技術中引入的污染，并降低了器件的加工成本。

附圖說明

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明如后，其中：

圖1為現有技術中空氣隙UV-LED制備方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例UV-LED制備方法的流程圖；

圖3A-圖3E為本發(fā)明制備方法的各步驟的結構剖面示意圖。

具體實施方式

請參閱圖2，并結合參閱圖3A-圖3E所示，本發(fā)明提供一種紫外發(fā)光二極管器件的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在襯底301上生長含In或含Ga的AlN低溫成核層302。如圖3A所示，所述襯底301的材料為藍寶石、SiC、AlN或Si；所述含In或含Ga的AlN低溫成核層302的材料為AlInN、AlGaN或AlInGaN，所述的含In或含Ga的AlN低溫成核層302的生長溫度范圍為500-850℃；

步驟2：在低溫成核層302上生長AlN高溫緩沖層304，高溫過，程中In和Ga析出、蒸發(fā)，使低溫成核層302自組裝形成空氣隙303。如圖3B所示，所述的在含In或含Ga的AlN低溫成核層302上生長AlN高溫緩沖層304的溫度范圍為1100-1600℃；

步驟3：在AlN高溫緩沖層304上依次生長N型Al_xGa_l-xN電極接觸層305、Al_xGa_l-xN量子阱層306、Al_xGa_l-xN電子阻擋層307、P型Al_xGa_l-xN層308和P型In_xGa_1-xN電極接觸層309。如圖3E所示；

步驟4：在P型In_xGa_1-xN電極接觸層309的上面向下依次刻蝕P型In_xGa_1-xN電極接觸層309、P型Al_xGa_1-xN層308、Al_xGa_1-xN電子阻擋層307和Al_xGa_1-xN量子阱層306，暴露出N型Al_xGa_1-xN電極接觸層305，在N型Al_xGa_1-xN電極接觸層305上的一側形成LED芯片PN結的臺面310。如圖3D所示；

步驟5：在N型Al_xGa_1-xN電極接觸層305一側的臺面310上制備n型接觸電極311；

步驟6：在P型In_xGa_1-xN電極接觸層309上制備p型接觸電極312，如圖3E所示，完成制備。

其中所述的含In或含Ga的AlN低溫成核層302、AlN高溫緩沖層304、N型Al_xGa_l-xN電極接觸層305、Al_xGa_l-xN量子阱層306、Al_xGa_1-xN電子阻擋層307、P型Al_xGa_1-xN層308和P型In_xGa_l-xN電極接觸層309是采用以下生長技術中的一種，或者幾種的綜合，包括：MOCVD技術、MBE技術或者磁控濺射技術。

其中所述的N型Al_xGa_1-xN電極接觸層305、Al_xGa_1-xN量子阱層306、Al_xGa_1-xN電子阻擋層307、P型Al_xGa_1-xN層308和P型In_xGa_l-xN電極接觸層309中x的范圍為0≤x≤1，使得所述的紫外發(fā)光二極管器件的發(fā)光波長為210nm-400nm。

至此，已經結合附圖對本實施例進行了詳細描述。依據以上描述，本領域技術人員應當對本發(fā)明一種高效率UV-LED的制備方法有了清楚的認識。

此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換。

綜上所述，本發(fā)明提出了一種高效率UV-LED的制備方法，利用在高溫生長AlN緩沖層過程中，低溫成核層中In或Ga的析出和蒸發(fā)現象，造成低溫成核層的粗化，在AlN中引入空氣隙，從而達到提高UV-LED發(fā)光效率的目的。消除了傳統(tǒng)粗化和空氣隙技術中引入的污染，并降低了器件的加工成本。

總之，以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。