一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的技術(shù)方案涉及至少有一個(gè)電位躍變勢(shì)皇或表面勢(shì)皇的專門(mén)適用于光發(fā)射的半導(dǎo)體器件，具體地說(shuō)是一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前綠色節(jié)能已經(jīng)成為全球趨勢(shì)，而II1-V族氮化物的半導(dǎo)體發(fā)光二極管技術(shù)由于具有綠色環(huán)保、高效節(jié)能和靈巧方便等特性，在顯示、照明和背光領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，深紫外II1-V族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管也引起了巨大的關(guān)注，在未來(lái)期間，深紫外發(fā)光二極管將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，然而目前深紫外發(fā)光二極管中P-型半導(dǎo)體和N-型半導(dǎo)體的摻雜效率和載流子濃度較低，嚴(yán)重制約了發(fā)光二極管器件的內(nèi)量子效率。
[0003]在增加發(fā)光二極管摻雜效率和載流子濃度方面的研究方面，現(xiàn)有技術(shù)中研究人員提出了利用AlGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)，一方面該超晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的極化電場(chǎng)，從而提尚受主雜質(zhì)(Mg)的激活率，另外一方面AlGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)可以有效地屏蔽半導(dǎo)體材料內(nèi)部的缺陷，從而減小自補(bǔ)償效應(yīng)，提高載流子的濃度;極化電場(chǎng)的另外一個(gè)應(yīng)用價(jià)值是可以利用其產(chǎn)生三維空穴氣，從而有效地增加摻雜效率和載流子濃度;此外，經(jīng)過(guò)研究證實(shí)，Mg的δ摻雜也可以有效地改善P-型AlGaN材料的摻雜濃度，即周期性的關(guān)閉Al源和Ga源停止AlGaN薄膜的生長(zhǎng)，持續(xù)通入NH3和Mg源，使Mg可以有充分的時(shí)間取代Al或者Ga原子，從而減小AlGaN材料的位錯(cuò)密度，抑制自補(bǔ)償效應(yīng)，進(jìn)而提高空穴的濃度；另外一種提高半導(dǎo)體摻雜效率的方式是通過(guò)Mg-1n共摻技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。但是以上這些技術(shù)，都是在外延生長(zhǎng)時(shí)進(jìn)行控制，其要求控制精度高，工藝復(fù)雜，因此重復(fù)性比較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法，是增強(qiáng)半導(dǎo)體摻雜效率和載流子濃度的深紫外發(fā)光二極管的制備方法，在發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中引入絕緣層/半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，通過(guò)外部電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體增強(qiáng)型效應(yīng)，利用外加電壓，實(shí)現(xiàn)能帶彎曲，引起局部載流子濃度的增加，從而間接地提尚慘雜效率，最終提尚發(fā)光一■極管的發(fā)光效率，克服了現(xiàn)有技術(shù)為增加發(fā)光二極管摻雜效率和載流子濃度是采用在外延生長(zhǎng)時(shí)進(jìn)行控制，其要求控制精度高、工藝復(fù)雜和重復(fù)性差的缺陷。
[0005]本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法，步驟如下:
[0006]第一步，在MOCVD反應(yīng)爐，即金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀反應(yīng)爐中，將襯底在1200 0C進(jìn)行烘烤，處理掉襯底表面異物；
[0007]第二步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第一步處理后的襯底表面外延生長(zhǎng)一層厚度為10?50nm的緩沖層；
[0008]第三步，在MOCVD反應(yīng)爐中，在第二步得到的緩沖層上依次外延生長(zhǎng)厚度為2?8μπι的N型半導(dǎo)體材料、多量子阱層和厚度為100?500nm的P-型半導(dǎo)體材料；
[0009]第四步，在第三步的得到的P-型半導(dǎo)體材料上沉積厚度為10?500nm的電流擴(kuò)展層，并利用光刻和濕法刻蝕工藝制作電流擴(kuò)展圖形，即電流擴(kuò)展層的長(zhǎng)度短于P-型半導(dǎo)體材料，形成臺(tái)階圖形I;
[0010]第五步，在第四步得到的制品上面，通過(guò)光刻和干法刻蝕工藝使P-型半導(dǎo)體材料、多量子阱層和一部分N型半導(dǎo)體材料的長(zhǎng)度短于襯底和緩沖層的長(zhǎng)度，并曝露出一部分N型半導(dǎo)體材料，該曝露出的N型半導(dǎo)體材料部分與襯底和緩沖層等長(zhǎng)，從而形成臺(tái)階圖形Π;
[0011]第六步，在第五步得到的制品上面沉積一層絕緣層，所用材質(zhì)為Si02、Si3N4、金剛石、LiF或PMMA，厚度為5?300nm，是連續(xù)膜結(jié)構(gòu)或非連續(xù)膜結(jié)構(gòu)，再通過(guò)光刻和刻蝕技術(shù)使絕緣層一部分保留，絕緣層一部分保留的狀況為以下三種狀況中的任意一種:
[0012]a.通過(guò)光刻和刻蝕技術(shù)使絕緣層一部分保留在N型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形Π上，另一部分保留在P型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形I上，其中保留在N型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形Π上面的絕緣層部分的位置與臺(tái)階圖形Π側(cè)壁的距離為0.01?100微米，保留在P型半導(dǎo)體材料上的臺(tái)階圖形I上面的絕緣層部分的位置與臺(tái)階圖形I側(cè)壁的距離為0.01?100微米，
[0013]b.通過(guò)光刻和刻蝕技術(shù)使絕緣層只在P型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形I上保留一部分絕緣層，保留在P型半導(dǎo)體材料上的臺(tái)階圖形I上面的絕緣層部分的位置與臺(tái)階圖形I側(cè)壁的距離為0.01?100微米，
[0014]c.通過(guò)光刻和刻蝕技術(shù)使絕緣層只在N型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形Π上保留一部分絕緣層，保留在N型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形Π上面的絕緣層部分的位置與臺(tái)階圖形Π側(cè)壁的距離為0.01?100微米；
[0015]第七步，在第六步得到的制品上面蒸鍍P型電極，并通過(guò)光刻制作P型電極圖案，該P(yáng)型電極的P型電極圖案保留的狀況為以下二種狀況中的任意一種:
[0016]a.使其一部分保留在電流擴(kuò)展層上面，另一部分保留在N型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形Π上面的絕緣層部分上面，且長(zhǎng)度與N型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形Π上面的絕緣層一致，
[0017]b.只使其保留在電流擴(kuò)展層上面；
[0018]第八步，在第七步得到的制品上面蒸鍍N型電極，并通過(guò)光刻制作N型電極圖案，該N型電極的N型電極圖案保留的狀況為以下三種狀況中的任意一種:
[0019]a.使其一部分保留在P型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形I上的絕緣層的上面，且長(zhǎng)度與在P型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形I上面的絕緣層的長(zhǎng)度一致，另一部分保留在N型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形Π上面，其與在N型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形Π上的絕緣層的距離為0.01?100微米，且長(zhǎng)度與在N型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形Π上面的絕緣層的長(zhǎng)度一致，
[0020]b.使其一部分保留在P型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形I上的絕緣層的上面，且長(zhǎng)度與在P型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形I上面的絕緣層的長(zhǎng)度一致，另一部分保留在N型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形Π上面，
[0021]c.只使其保留在N型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形Π上面，與在N型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形Π上的絕緣層的距離為0.01?100微米，且其長(zhǎng)度與在N型半導(dǎo)體材料的臺(tái)階圖形Π上面的絕緣層的長(zhǎng)度一致；
[0022]至此制得一種氮化物發(fā)光二極管芯片。
[0023]上述一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法，所述襯底為藍(lán)寶石、S1、SiC、AlN、石英玻璃或GaN。
[0024]上述一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法，所述緩沖層、N型半導(dǎo)體材料和P-型半導(dǎo)體材料的材質(zhì)均為氮化物四元半導(dǎo)體材料AlxInyGaityN，其中O < x<l，0 < y<l，0 <
1-x-yo
[0025]上述一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法，所述多量子阱層的材質(zhì)為AlxiInyiGai—xi—yiN/Alx2lny2Gai—x2-y2N，0 < 1-xl-yl，0<x2<l，0<y2<l，0< I_x2_y2，式中，量子皇Alx2lny2Gai—x2-y2N的厚度為5?50nm，量子講AlxiInyiGai—xi—yiN的厚度為I?10nm。
[0026]上述一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法，所述電流擴(kuò)展層的材質(zhì)為ITO、NiAu、氧化鋅、石墨稀或招。
[0027]上述一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法，所述P型電極的材質(zhì)為CrPtAu。
[0028]上述一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法，所述N型電極的材質(zhì)為T(mén)iAlTiAu。
[0029]上述一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法，所述絕緣層的非連續(xù)膜結(jié)構(gòu)是由光刻加工制作的。
[0030]上述一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法，所述一種氮化物發(fā)光二極管芯片在工作時(shí)，在P型電極和N型半導(dǎo)體材料上的絕緣層上的電極接正電壓，在N型電極和P型半導(dǎo)體材料上的絕緣層上的電極接負(fù)電壓。
[0031]上述一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法，所述外延生長(zhǎng)的工藝是通過(guò)本技術(shù)領(lǐng)域公知的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(MOCVD)、分子束外延系統(tǒng)(MBE)、氫化物氣相外延(HVPE)或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相系統(tǒng)(PECVD)來(lái)完成。
[0032]上述一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法，所述光刻工藝、干法刻蝕工藝、濕法刻蝕工藝和蒸鍍工藝是本技術(shù)領(lǐng)域公知的。
[0033]本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步:
[0034](I)本發(fā)明一種氮化物發(fā)光二極管芯片的制備方法是增強(qiáng)半導(dǎo)體摻雜效率和載流子濃度的深紫外發(fā)光二極管的制備方法，在發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中引入絕緣層/半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，通過(guò)外部電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體增強(qiáng)型效應(yīng)，利用外加電壓，實(shí)現(xiàn)能帶彎曲，引起局部載流子濃度的增加，從而間接地提高摻雜效率，最終提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
[0035](2)本發(fā)明提出的方案是在通過(guò)在半導(dǎo)體材料表面沉積一層絕緣層，并在絕緣層上面制作電極，當(dāng)在P型半導(dǎo)體材料上的絕緣層上加上