[发明专利]AlGaN基蓝宝石衬底的紫外LED器件及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件，特别是一种新型AlGaN基多量子阱的uv-LED器件的实现方法，可用于水处理、医疗与生物医学以及白光照明领域。

背景技术

III-V族化合物半导体材料作为第三代半导体材料的杰出代表，具有很多优良的特性，尤其是在光学应用方面，由Ga、Al、In、N组成的合金{Ga(Al，In)N}可以覆盖整个可见光区和近紫外光区。而且纤锌矿结构的III族氮化物都是直接带隙，非常适合于光电子器件的应用。特别是在紫外光区，AlGaN基多量子阱的uv-LED已显示出巨大的优势，成为目前紫外光电器件研制的热点之一。然而，随着LED发光波长的变短，GaN基LED有源层中Al组分越来越高，高质量AlGaN材料的制备具有很大难度，AlGaN材料造成uv-LED的外量子效率和光功率都很低，成为了uv-LED展的瓶颈，是当前急需解决的问题。

AlGaN基多量子阱uv-LED器件具有广阔的应用前景。首先，GaN基蓝绿光LED取得了突破性的进展，目前高亮度蓝绿光LED已经商业化，在景观照明、大屏幕背光源、光通讯等领域都显示了强大的潜力。其次，白光LED固态照明更是如火如荼，引发了第三次照明革命。再次，随着可见光领域的日趋成熟，研究人员把研究重点逐渐向短波长的紫外光转移，紫外光在丝网印刷、聚合物固化、环境保护、白光照明以及军事探测等领域都有重大应用价值。

目前，在国内和国际上，主要是采用一些新的材料生长方法，或者是采用新的结构来减少应力对AlGaN材料质量的破坏，来提高AlGaN材料的生长质量，从而提高了uv-LED的发光性能，这些方法包括：

2002年，第一个低于300nm的uv-LED在美国南卡罗莱纳州立大学实现，他们在蓝宝石衬底上制出了波长285nm的LED，200μ×200μ芯片在400mA脉冲电流下功率为0.15mW，改进p型和n型接触电阻后，最大功率达到0.25mW。参见文献V.Adivarahan，J.P.Zhang，A.Chitnis，et al，“sub-Milliwatt Power III-N Light EmittingDiodes at 285nm，”Jpn J Appl Phy，2002，41：L435。随后，他们又取得了一系列突破性进展，依次实现了280nm、269nm、265nm的发光波长，LED最大功率超过1mW。参见文献W H Sun，J P Zhang，V Adivarahan，et al.“AlGaN-based 280nm light-emittingdiodes with continuous wave powers in excess of 1.5mW”Appl Phys Lett，2004，85(4)：531；V Adivarahan，S Wu，J P Zhang，et al.“High-efficiency 269nm emission deepultraviolet light-emitting diodes”Appl Phys Lett，2004，84(23)：4762；Y Bilenko，A Lunev，X Hu，et al.“10 Milliwatt Pulse Operation of 265nm AlGaN Light Emitting Diodes”JpnJ Appl Phys，2005，44：L98.为了改善电流传输，降低热效应，他们对100μm×100μm的小面积芯片，按照2×2阵列模式连接，并采用flip-chip结构，280nm波长的功率可达到24mW，最大外量子效率0.35％。参见文献W H Sun，J P Zhang，V Adivarahan，et al.“AlGaN-based 280nm light-emitting diodes with continuous wave powers in excessof 1.5mW”Appl Phys Lett，2004，85(4)：531。2004年，又做出了250nm的LED，200μ×200μ的芯片最大功率接近0.6mW，但外量子效率仅有0.01％。参见文献VAdivarahan，W H Sun，A Chitnis，et al.“250nm AlGaN light-emitting diodes”Appl PhysLett，2004，85(12)：2175，