[发明专利]III族氮化物紫外发光二极管及其制作方法

说明书

本发明公开了一种III族氮化物紫外发光二极管及其制作方法。所述的制作方法包括：在衬底上依次生长成核层、Al_x2Ga_1‑x2N层或AlN厚层以及氮化物紫外发光二极管结构，获得外延片，0≤x21；进一步地，所述的制作方法还包括：所述成核层为Al_x1In_y1Ga_1‑x1‑y1N成核层或Al_x1In_y1Ga_1‑x1‑y1N与AlN复合成核层，0≤x1＜0.8、0≤y1≤1、0≤(1‑x1‑y1)≤1；和/或，在所述Al_x2Ga_1‑x2N层或AlN厚层中插入Al_x3In_y3Ga_1‑x3‑y3N薄层或复合结构插入层，0≤x3＜0.8、0≤y3≤1、0≤(1‑x3‑y3)≤1。本发明的III族氮化物紫外发光二极管具有取光效率高、位错密度低等优点，可显著增强紫外发光二极管的器件性能和寿命，且制备工艺与现有发光二极管制备工艺兼容，适于规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种发光二极管，特别涉及一种III族氮化物紫外发光二极管及其制作方法，属于半导体光电技术领域。

背景技术

III-V族氮化物半导体被称为第三代半导体材料，具有禁带宽度大、化学稳定性好、抗辐照性强等优点；其禁带宽度涵盖从深紫外、整个可见光、到近红外范围，可用于制作半导体发光器件，如发光二极管、激光器和超辐射发光二极管等。基于III-V族氮化物半导体的紫外发光二极管具有节能环保、制作简单、体积小、重量轻、寿命长等优点，在杀菌消毒、水体净化、紫外光固化、植物光照以及珠宝鉴定等方面具有广阔的市场应用前景。

然而，目前深紫外发光二极管输出功率很低，仅为mW量级，远小于蓝色发光二极管的输出功率，其主要原因是深紫外发光二极管的取光效率很低，一般不到10％，远小于蓝色发光二极管的取光效率(80％)。导致紫外发光二极管取光效率低的主要原因有以下几个方面：

首先，现有的深紫外发光二极管无法稳定制备与蓝色发光二极管类似的具有高可靠性的薄膜紫外发光二极管结构。现有蓝色发光二极管大多数生长在蓝宝石衬底上，且采用GaN成核层和GaN厚层，可以采用激光剥离去除蓝宝石衬底，形成稳定可靠的薄膜发光二极管结构。由于蓝宝石衬底的禁带宽度为9.9eV，大于GaN的禁带宽度(3.4eV)，而通常用于激光剥离的248nm氟化氪(KrF)准分子激光的光子能量为5eV，当248nm激光从蓝宝石衬底面入射时，激光能够穿透蓝宝石衬底而被GaN成核层强烈吸收，瞬间产生大量的热，导致GaN成核层发生热分解，产生金属Ga和氮气，使蓝宝石衬底和GaN外延层分离，实现激光剥离，最终形成薄膜发光二极管结构。

与大多数蓝色发光二极管类似，紫外发光二极管通常外延生长在蓝宝石衬底上，如专利CN 103137822B、CN103943737 B和CN105977353 A所示。然而与蓝色发光二极管采用GaN成核层和GaN厚层不同，紫外发光二极管通常采用AlN成核层和AlN厚层，由于AlN的禁带宽度(6.2eV)远大于GaN禁带宽度(3.4eV)，现有用于蓝宝石衬底GaN基蓝色发光二极管激光剥离的248nm氟化氪(KrF)准分子激光(5eV)只能被GaN成核层高效吸收，而无法被AlN成核层高效吸收，因此无法用于蓝宝石衬底AlN成核层的紫外发光二极管的衬底剥离。而且AlN外延材料非常脆，即使找到合适能量的激光光源，AlN在受到脉冲激光冲击时容易产生裂纹等缺陷，严重影响器件良率，因此生长在蓝宝石衬底上的深紫外发光二极管很难稳定制备与蓝色发光二极管类似的具有高可靠性的薄膜深紫外发光二极管结构。