CN104465905A - 采用侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管效率的方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管效率的方法，包括：在基底上依次生长AlN缓冲层、n型AlGaN层、AlGaN有源区、AlGaN电子阻挡层、p型AlGaN层和p型InGaN电极接触层；从所述p型InGaN电极接触层顶部开始向下刻蚀，刻蚀深度至n型AlGaN层内，形成发光二极管pn结脊形结构及其两侧的台面；在所述台面上制作n型接触电极；在所述脊形结构上的p型InGaN电极接触层上制作p型接触电极；在脊形结构及两侧台面上沉积电绝缘层，该电绝缘层覆盖n型接触电极和p型接触电极；在n型接触电极和p型接触电极的上方，分别形成上电极窗口区和下电极窗口区；在所述上电极窗口区及两侧的电绝缘层制作上电极层；在所述下电极窗口区上制作下电极层，完成方法的制作。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电子器件的制备方法，尤其涉及一种采用侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管效率的制备方法。
背景技术
紫外发光二极管，因其在激发白光、生化探测、杀菌消毒、净化环境、聚合物固化以及短距离安全通讯等诸多领域的巨大潜在应用价值而备受关注。与传统紫外光源汞灯相比，AlGaN基紫外发光二极管有寿命长、工作电压低、波长可调、环保、方向性好、迅速切换、耐震耐潮、轻便灵活等优点，随着研究工作的深入，将成为未来新型紫外应用的主流光源。
然而，由于高品质AlGaN材料外延生长困难，晶体质量较低，与GaN基蓝光发光二极管相比，目前紫外发光二极管的发光效率较低，成为阻碍其广泛应用的瓶颈。文献[1](Applied Physics Letters 102，211110(2013))报道了采用等离激元技术，可以有效提高紫外发光二极管的发光效率。在其器件制备流程中，核心步骤是刻蚀量子阱上方的p型GaN和p型AlGaN，形成图形化凹坑，使量子阱位于金属的等离激元耦合范围之内。由于金属距离量子阱的距离越小，等离激元的耦合效果越好，所以图形化凹坑的底部应尽量接近量子阱，即凹坑需要有足够的深度。然而，如果采用文献[1]所报道的干法刻蚀工艺制备凹坑，会面临很大挑战。首先，为了增强等离激元耦合效果，希望凹坑底部接近量子阱，另一方面，如果沟槽底部越接近量子阱，干法刻蚀过程中就越容易刻蚀到量子阱，造成量子阱的损伤，从而降低了紫外发光二极管的内量子效率，同时影响器件可靠性，缩短使用寿命。由于等离子体干法刻蚀有一定的损伤深度，该工艺对量子阱的损伤是很难避免的。其次，干法刻蚀的刻蚀速度不易控制，造成片上刻蚀深度不均匀以及等离激元的耦合效果不均匀，片上器件出光效率均匀性差。
针对以上问题，在传统制备工艺流程中，不增加任何工艺步骤的基础上，本发明提出了一种采用有源区侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管发光效率的方法，利用这种方法可以有效精确控制量子阱到金属等离激元的距离，并消除了工艺过程中对量子阱造成损伤的风险，从而增强了等离激元技术提高紫外发光二极管发光效率的效果。
发明内容
本发明的目的在于，提出了一种采用有源区侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管效率的制备方法。
本发明提供一种采用侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管效率的方法，包括：
步骤1：在基底上依次生长AlN缓冲层、n型AlGaN层、AlGaN有源区、AlGaN电子阻挡层、p型AlGaN层和p型InGaN电极接触层；
步骤2：从所述p型InGaN电极接触层顶部开始向下刻蚀，刻蚀深度至n型AlGaN层内，形成发光二极管pn结脊形结构及其两侧的台面；
步骤3：在所述台面上制作n型接触电极；
步骤4：在所述脊形结构上的p型InGaN电极接触层上制作p型接触电极；
步骤5：在脊形结构及两侧台面上沉积电绝缘层，该电绝缘层覆盖n型接触电极和p型接触电极；
步骤6：在n型接触电极和p型接触电极的上方，分别形成上电极窗口区和下电极窗口区；
步骤7：在所述上电极窗口区及两侧的电绝缘层制作上电极层；
步骤8：在所述下电极窗口区上制作下电极层，完成方法的制作。
本发明的有益效果是，在不增加传统工艺步骤的基础上，利用这种方法可以有效精确控制量子阱到金属等离激元的距离，并消除了工艺过程中对量子阱造成损伤的风险，从而增强了等离激元技术提高紫外发光二极管发光效率的效果。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1是本发明的制备工艺流程图；
图2是本发明制备过程中间步骤的结构示意图；
图3是本发明的制备完成后的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1、图2及图3所示，本发明提供一种采用侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管效率的方法，包括：
步骤1：在基底201上依次生长AlN缓冲层202、n型AlGaN层203、AlGaN有源区204、AlGaN电子阻挡层205、p型AlGaN层206和p型InGaN电极接触层207，所述的基底201的材料为蓝宝石、SiC、AlN或Si，所述的p型InGaN电极接触层207的厚度为厚度为5nm-1000nm
步骤2：从所述p型InGaN电极接触层207顶部开始向下刻蚀，刻蚀深度至n型AlGaN层203内，形成发光二极管pn结脊形结构208及其两侧的台面209；
步骤3：在所述台面209上制作n型接触电极210；
步骤4：在所述脊形结构208上的p型InGaN电极接触层207上制作p型接触电极211；
步骤5：在脊形结构208及两侧台面209上沉积电绝缘层212，该电绝缘层212覆盖n型接触电极210和p型接触电极211；
步骤6：在n型接触电极210和p型接触电极211的上方，分别形成上电极窗口区213和下电极窗口区213’；
步骤7：在所述上电极窗口区213及两侧的电绝缘层212制作上电极层214，所述的绝缘层214的材料为氧化硅或氮化硅，其厚度小于金属等离激元的耦合距离；
步骤8.在所述下电极窗口区213’上制作下电极层214’，所述的下电极层214’的最底层为Al或Pt等具有高体等离激元能量的金属，其等离激元能量位于紫外发光区域，完成方法的制作。
其中所述紫外发光二极管的波长为210nm-400nm；
其中所述的电绝缘层212的厚度小于下电极层214’最底层金属的等离激元耦合距离。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种采用侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管效率的方法，包括：
步骤1：在基底上依次生长AlN缓冲层、n型AlGaN层、AlGaN有源区、AlGaN电子阻挡层、p型AlGaN层和p型InGaN电极接触层；
步骤2：从所述p型InGaN电极接触层顶部开始向下刻蚀，刻蚀深度至n型AlGaN层内，形成发光二极管pn结脊形结构及其两侧的台面；
步骤3：在所述台面上制作n型接触电极；
步骤4：在所述脊形结构上的p型InGaN电极接触层上制作p型接触电极；
步骤5：在脊形结构及两侧台面上沉积电绝缘层，该电绝缘层覆盖n型接触电极和p型接触电极；
步骤6：在n型接触电极和p型接触电极的上方，分别形成上电极窗口区和下电极窗口区；
步骤7：在所述上电极窗口区及两侧的电绝缘层制作上电极层；
步骤8：在所述下电极窗口区上制作下电极层，完成方法的制作。
2.如权利要求1所述的采用侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管效率的方法，其中所述的基底的材料为蓝宝石、SiC、AlN或Si。
3.如权利要求1所述的采用侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管效率的方法，其中所述紫外发光二极管的波长为210nm-400nm。
4.如权利要求1所述的采用侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管效率的方法，其中所述的p型InGaN电极接触层的厚度为5nm-1000nm。
5.如权利要求1所述的采用侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管效率的方法，其中所述的绝缘层的材料为氧化硅或氮化硅，其厚度小于金属等离激元的耦合距离。
6.如权利要求1所述的采用侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管效率的方法，其中所述的下电极层的最底层金属为Al或Pt具有高体等离激元能量的金属，其等离激元能量位于紫外发光区域。
7.如权利要求1所述的采用侧壁等离激元技术提高紫外发光二极管效率的方法，其中所述的电绝缘层的厚度小于下电极层最底层金属的等离激元耦合距离。
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