[0001] 本发明属于半导体照明器件设计及制造领域， 特别是涉及一种紫外发光二极管 及其制作方法。

背景技术

[0002] 发光二极管 ( Light-Emitting Diode， LED )是一种能发光的半导体电子元件。 这 种电子元件早在 1962年出现， 早期只能发出低光度的红光， 之后发展出其他单 色光的版本， 时至今日能发出的光已遍及可见光、 红外线及紫外线， 光度也提 高到相当的光度。 而用途也由初时作为指示灯、 显示板等； 随着技术的不断进 步， 发光二极管已被广泛的应用于显示器、 电视机采光装饰和照明。

[0003] 紫外发光二极管 ( UV Light Emitting Diode , UV-LED )是一种能够直接将电能转 化为紫外光线的固态的半导体器件。 随着技术的发展，紫外发光二极管在生物医 疗、 防伪鉴定、 净化 (:水、 空气等)领域、 计算机数据存储和军事等方面有着广阔 的市场应用前景。 除此之外， 紫外 LED也越来越受到照明市场的关注。 因为通过 紫外 LED激发三基色荧光粉， 可获得普通照明的白光。

[0004] 近年来紫外发光二极管随着产品功率提升与技 术精进， 加上寿命长、 体积小等 优势， 已逐渐取代较低功率的汞灯。 同时国际禁汞的 《水俣公约》 将于 2020年 生效， 这一政策将加速紫外发光二极管规模化应用的 到来。

[0005] 如图 1~图4所示， 目前深紫外发光二极管结构的制造工艺通常包 括：

[0006] 1) 提供一衬底 101， 如图 1所示。

[0007] 2) 于衬底 101上形成 A1N缓冲层 102， 如图 2所示。

[0008] 3) 于 A1N缓冲层 102上形成 n型 AlGaN层 103， 如图 3所示。

[0009] 4) 于 n型 AlGaN层 103形成量子阱发光层 104， 以及于量子阱发光层 104上形成 p 型 AlGaN层 105， 如图 4所示。

[0010] 如图 3所示， 由于 n型 AlGaN层 103生长在 A1N缓冲层 102上， 晶格失配会使 n型 AlGaN层 103受到极大压应力 (compressive strain) , 以致外延结构翅曲呈现凸起形 状 (convex profile)， 导致量子讲发光层 104生长时表面温度不均勻， 而影响波长 均匀性。

[0011] 基于以上所述， 提供一种可以有效防止紫外发光二极管翘曲的 紫外发光二极管 及其制作方法实属必要。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0012] 鉴于以上所述现有技术的缺点， 本发明的目的在于提供一种紫外发光二极管及 其制作方法， 用于解决现有技术中紫外发光二极管容易发生 翘曲的问题。

[0013] 为实现上述目的及其他相关目的， 本发明提供一种紫外发光二极管， 包括： 缓 冲层； n型层， 位于所述缓冲层上； 量子阱发光层， 位于所述 n型层上； 以及 p型 层， 位于所述量子阱发光层上； 所述紫外发光二极管还包括应力调变层， 其位 置包括位于所述 n型层内、 位于所述 n型层及所述量子阱发光层之间以及位于所 述量子阱发光层内中的一种； 所述应力调变层由晶格常数小于所述 n型层、 所述 量子阱发光层及所述 p型层的材料构成， 用以调变所述紫外发光二极管外延结构 的翘曲。

[0014] 优选地， 所述应力调变层的材料包含 Al _x Ga _y I _{n i-x-y} N， 其中 _x ^70%， y>0, x+y <1。

[0015] 优选地， 所述量子讲发光层的发光波长介于 210nm~320nm之间。

[0016] 优选地， 所述应力调变层用以减小所述紫外发光二极管 外延结构的凸翘曲。

[0017] 进一步地， 所述缓冲层包含 A1N层， 所述 n型层包含 n型 AlGaN层。

[0018] 优选地， 所述应力调变层为单一组分层结构， 其厚度介于一个原子层厚度至 10

Onm之间。

[0019] 优选地， 所述应力调变层直接接触所述 n型层与所述量子阱发光层。

[0020] 优选地， 所述应力调变层为 n型掺杂， 其掺杂浓度为 1x10 ¹⁷ ~5xl0 ¹⁹ cm - ³ 。

[0021] 优选地， 所述紫外发光二极管还包括电子阻挡层， 所述电子阻挡层位于所述量 子阱发光层与所述 p型层之间。 [0022] 本发明还提供一种紫外发光二极管的制作方法 ， 包括步骤： 1） 提供一衬底， 于所述衬底上形成缓冲层以及 n型层， 所述缓冲层及所述 n型层具有翘曲； 2） 于 所述 n型层上形成应力调变层， 以调变所述缓冲层及所述 n型层的翘曲； 3） 于所 述应力调变层上形成量子阱发光层； 以及 4） 于所述量子阱发光层上形成 p型层 ; 其中， 所述应力调变层由晶格常数小于所述 n型层、 所述量子阱发光层及所述 p型层的材料构成。

[0023] 优选地， 所述应力调变层的材料包含 Al _x Ga _y I _{n i— y} N， 其中 G70%， y>0, x+y <1。

[0024] 优选地， 所述应力调变层的晶格常数藉由生长通入的 A1源、 Ga源及 In源的流量 控制。

[0025] 优选地， 所述量子讲发光层的发光波长介于 210nm ~320nm之间。

[0026] 优选地， 步骤 2） 中， 所述应力调变层的生长温度介于 1100°C~1300°C之间。

[0027] 优选地， 步骤 1） 所述缓冲层及所述 n型层的翘曲为凸翘曲， 步骤 2） 所述应力 调变层用以减小缓冲层及所述 n型层的所述凸翘曲。

[0028] 进一步地， 所述缓冲层包含 A1N层， 所述 n型层包含 n型 AlGaN层。

[0029] 优选地， 所述应力调变层为单一组分层结构， 其厚度介于一个原子层厚度至 10 Onm之间。

[0030] 优选地， 所述应力调变层直接接触所述 n型层与所述量子阱发光层。

[0031] 优选地， 所述应力调变层为 n型掺杂， 其掺杂浓度为 1x10 ¹⁷ ~5xl0 ¹⁹ cm - ³ 。

[0032] 优选地， 步骤 3） 与步骤 4） 之间还包括形成电子阻挡层的步骤。

发明的有益效果

有益效果

[0033] 如上所述， 本发明的紫外发光二极管及其制作方法， 具有以下有益效果：

[0034] 本发明针对紫外发光二极管， 尤其是针深紫外发光二极管， 在外延结构的 n型 层与量子阱发光层之间引入 Al _x Ga _y In 应力调变层， 将组分 A1调整至 70%以 上， 可以减少后续生长量子阱发光层时的翘曲， 并同时改善该量子井发光层的 表面温度均匀性， 进而提升外延结构发光波长均匀性。

对附图的简要说明 附图说明

[0035] 图 1~图4显示为现有技术中的紫外发光二极管的制 作方法各步骤所呈现的结构 示意图， 其外延结构具有较为严重的翘曲现象。

[0036] 图 5~图9显示为本发明的紫外发光二极管的制作方 法各步骤所呈现的结构示意 图， 通过本发明的制作方法， 可有效改善外延结构的翘曲现象。

[0037] 图 10显示为本发明的紫外发光二极管的制作方法� ��步骤流程示意图。

[0038] 图 11显示为本发明的紫外发光二极管的扫描电镜� ��。

[0039] 元件标号说明

[0040] 201： 衬底； 202: 缓冲层； 203: n型层； 204: 应力调变层； 205: 量子阱发光 层； 206: 电子阻挡层； 207: p型层； S11-S14： 步骤

发明实施例

本发明的实施方式

[0041] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方 式， 本领域技术人员可由本说明 书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点 与功效。 本发明还可以通过另外 不同的具体实施方式加以实施或应用， 本说明书中的各项细节也可以基于不同 观点与应用， 在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改 变。

[0042] 请参阅图 5~图11。 需要说明的是， 本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明 本发明的基本构想， 遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按 照实际实施 时的组件数目、 形状及尺寸绘制， 其实际实施时各组件的型态、 数量及比例可 为一种随意的改变， 且其组件布局型态也可能更为复杂。

[0043] 实施例 1

[0044] 如图 5~图11所示， 本实施例提供一种紫外发光二极管的制作方法 ， 包括步骤：

[0045] 如图 5〜图 7所示， 首先进行步骤 1) S11， 提供一衬底 201， 于所述衬底 201上形 成缓冲层 202以及 n型层 203， 所述缓冲层 202及所述 n型层 203具有翘曲。

[0046] 在本实施例中， 所述衬底 201为蓝宝石衬底， 所述蓝宝石衬底可以是平片型蓝 宝石衬底或者图形蓝宝石衬底， 当然， 也可以依据不同的需求选择其他种类的 衬底， 如 Si衬底、 SiC衬底、 GaN衬底等， 且并不限于此处所列举的示例。

[0047] 在 MOCVD外延设备中， 采用化学气相沉积工艺于所述衬底 201沉积缓冲层 202 ， 所述缓冲层 202的材料可以为 AIN等， 此时， 所述衬底 201及所述缓冲层呈凹翘 曲， 如图 6所示， 然后采用化学气相沉积法于所述缓冲层 202上沉积 n型层 203， 所述 n型层 203的材料可以为 n型 AlGaN等。 由于 n型 AlGaN层生长在 A1N缓冲层 20 2上， 晶格失配会使 n型 AlGaN层受到极大压应力， 以致之前呈凹翘曲的外延结 构翘曲转变呈现凸起形状， 也即所述缓冲层 202及所述 n型层 203的翘曲为凸翘曲 。 若在该具有翘曲的 n型层 203上直接生长量子阱层， 由于翘曲导致 n型层 203各 处高度不一致， 会使得其表面生长的量子阱发光层 205的生长温度存在较大的偏 差， 导致发光波长均匀性严重下降。

[0048] 如图 8所示， 然后进行步骤 2) S12， 于所述 n型层 203上形成应力调变层 204， 以 调变所述缓冲层 202及所述 n型层 203的翘曲。

[0049] 在 MOCVD外延设备中， 采用化学气相沉积工艺于所述 n型层 203上形成应力调 变层 204， 所述应力调变层 204的生长温度介于 1100°C~1300°C之间。

[0050] 为了获得较好的翘曲调变效果， 所述应力调变层 204由晶格常数小于所述 n型层 203、 后续生长的量子阱发光层 205及 p型层 207的材料构成， 采用晶格常数小于 所述 n型层 203的所述应力调变层 204， 可以减小缓冲层 202及所述 n型层 203的所 述凸翘曲， 如图 7所示， 经过调变的各外延层基本呈一平面， 可以有效改善后续 量子井发光层的表面温度均匀性， 进而提升外延结构发光波长均匀性。

[0051] 优选地， 所述应力调变层 204的材料包含 Al _x Ga _y I _{n i-x-y} N， 其中 _x ^70%， y>0, x+y<l , 较佳地， x>95% , 所述应力调变层 204的晶格常数藉由生长通入的 A1源 、 Ga源及 In源的流量控制， 例如， 所述应力调变层 204的材料可以为 Al _Q.7 Ga _a2 In o _.i N Al _0.7 5Ga _0.2 In _0.0 5N A1 o _. sGa o _.i sin _0.05 N _' Al _0.85 Ga _0. Jn _0.05 N Al _0.9 Ga _0.0 5ln _0.0 5N A1 _0.95 Ga o _.05 In _0.05 N. A1 _a98 Ga _aQ1 In _aQ1 N等， 且并不限于此处所列举的示例， 通 过控制所述应力调变层 204的不同的组分， 可以调变不同的外延结构的翘曲程度 ， 实现工艺的灵活调整。

[0052] 在本实施例中， 所述应力调变层 204为单一组分层结构， 其厚度介于一个原子 层厚度至 100nm之间， 采用单一组分层结构可以在保证调变性能的同 时， 大大降 低工艺难度及工艺成本。

[0053] 作为示例， 所述应力调变层 204直接接触所述 n型层 203与所述量子阱发光层 205 ， 以获得对所述 n型层 203与所述量子阱发光层 205的翘曲直接调变的效果。

[0054] 所述应力调变层 204为 n型掺杂， 其掺杂浓度为 1x10 ¹⁷ ~5xl0 ¹⁹ cm ' 以进一步 降低其与 n型层 203及所述量子阱发光层 205的接触电阻， 降低外延结构的发热并 节省电流。

[0055] 如图 9所示， 接着进行步骤 3） S13 , 于所述应力调变层 204上形成量子阱发光层

205。

[0056] 在 MOCVD外延设备中， 采用化学气相沉积工艺于所述应力调变层 204上形成量 子阱发光层 205。 由于所述 n型层 203的翘曲在步骤 2） 中得以改善， 本步骤生长 的所述量子阱发光层 205表面温度均匀性较高， 可获得波长均匀的量子阱发光层

205。

[0057] 作为示例， 所述量子阱发光层 205的发光波长介于 210nm~320nm之间。 本发明 的 Al _x Ga _y I _{n i— x— y} N应力调变层 （X270%， 较佳地， x>95% , ； y>0； x+y<l） 与该 波长范围的量子阱发光层 205相结合， 可以降低 A1 _x Ga _y In 应力调变层对外延 结构的电性能影响， 获得良好的配合效果。

[0058] 如图 9所示， 接着进行步骤 4） S14, 于所述量子阱发光层 205上形成电子阻挡层 206， 于所述电子阻挡层 206上形成 p型层 207。

[0059] 在 MOCVD外延设备中， 采用化学气相沉积工艺于所述量子阱发光层 205上形成 电子阻挡层 206 , 然后于所述电子阻挡层 206上形成 p型层 207。

[0060] 所述电子阻挡层 206可以降低电子载流子从量子井发光层泄漏到 p型层 207， 以 改善发光效率。

[0061] 如图 9所示， 本实施例还提供一种紫外发光二极管， 包括： 衬底 201、 缓冲层 20 2、 n型层 203、 应力调变层 204、 量子阱发光层 205、 电子阻挡层 206以及 p型层 20

1。

[0062] 所述衬底 201为蓝宝石衬底， 所述蓝宝石衬底可以是平片型蓝宝石衬底或者 图 形蓝宝石衬底， 当然， 也可以依据不同的需求选择其他种类的衬底， 如 Si衬底、 SiC衬底、 GaN衬底等， 且并不限于此处所列举的示例。

[0063] 所述缓冲层 202的材料可以为 A1N等。

[0064] 所述 n型层 203位于所述缓冲层 202上， 用以提供发光用的电子。 所述 n型层 203 的材料可以为 n型 AlGaN等。 由于 n型 AlGaN层生长在 A1N缓冲层 202上， 晶格失 配会使 n型 AlGaN层受到极大压应力， 以致外延结构翘曲呈现凸起形状， 也即所 述缓冲层 202及所述 n型层 203的翘曲为凸翅曲。 若在该具有翘曲的 n型层 203上直 接生长量子阱层， 由于翘曲导致 n型层 203各处高度不一致， 会使得其表面生长 的量子阱发光层 205的生长温度存在较大的偏差， 导致发光波长均匀性严重下降

[0065] 所述应力调变层 204位于所述 n型层 203上， 用以调变外延片翘曲及表面温度均 匀性。

[0066] 为了获得较好的翘曲调变效果， 所述应力调变层 204由晶格常数小于所述 n型层 203、 后续生长的量子阱发光层 205及 p型层 207的材料构成， 采用晶格常数小于 所述 n型层 203的所述应力调变层 204， 可以减小缓冲层 202及所述 n型层 203的所 述凸翘曲， 以有效改善后续量子井发光层的表面温度均匀 性， 进而提升外延结 构发光波长均匀性。

[0067] 所述应力调变层 204的材料包含 Al _x Ga _y I _{n i— y} N， 其中 _x >70%， y>0, x+y<l , 优选地， x>95% , 例如， 所述应力调变层 204的材料可以为 Al _Q.7 Ga _a2 In _ai N、 A1 o _. 75Ga _0.2 In _0.0 5N A1 o _. sGa o _.i sin _0.05 N _' Al _0.85 Ga _0. Jn _0.05 N Al _0.9 Ga _0.0 5ln _0.0 5N A1 0.95

Ga _aQ5 In _aQ5 N、 A1 _0.98 Ga _aQ1 In _aQ1 N等， 且并不限于此处所列举的示例， 通过调整 所述应力调变层 204的不同的组分， 可以调变不同的外延结构的翘曲程度， 实现 工艺的灵活调整。

[0068] 在本实施例中， 所述应力调变层 204为单一组分层结构， 其厚度介于一个原子 层厚度至 100nm之间， 采用单一组分层结构可以在保证调变性能的同 时， 提高电 流的均匀性。

[0069] 作为示例， 所述应力调变层 204直接接触所述 n型层 203与所述量子阱发光层 205 ， 以获得对所述 n型层 203与所述量子阱发光层 205的翘曲直接调变的效果。

[0070] 所述应力调变层 204为 n型掺杂， 其掺杂浓度为 1 xlO ¹⁷ ~5 xlO ¹⁹ cm - ³ ， 以进一步 降低其与 n型层 203及所述量子阱发光层 205的接触电阻， 降低外延结构的发热并 节省电流。

[0071] 所述量子阱发光层 205位于所述应力调变层 204上， 电子和空穴复合发光的主要 区域。 例如， 所述量子阱发光层 205的发光波长可以介于 210 nm ~320nm之间。

[0072] 所述电子阻挡层 206位于所述量子阱发光层 205上， 用以阻挡电子载流子溢出。

所述电子阻挡层 206可以降低电子载流子从量子井发光层泄漏到 p型层 207， 以改 善发光效率。

[0073] 所述 p型层 207位于所述电子阻挡层 206上， 用以提供发光用的空穴。

[0074] 图 11显示为本发明的紫外发光二极管的扫描电镜� ��， 由图可见， 在外延结构的 n型层 2 应力调变层 204可以减少后 续生长量子阱发光层时的翘曲。

[0075] 实施例 2

[0076] 本实施例提供一种紫外发光二极管， 其基本结构如实施例 1， 其中， 与实施例 1 的不同之处在于， 所述应力调变层 204位于所述 n型层 203内。

[0077] 实施例 3

[0078] 本实施例提供一种紫外发光二极管， 其基本结构如实施例 1， 其中， 与实施例 1 的不同之处在于， 所述应力调变层 204位于所述量子阱发光层 205内。

[0079] 如上所述， 本发明的紫外发光二极管及其制作方法， 具有以下有益效果：

[0080] 本发明针对紫外发光二极管， 尤其是针深紫外发光二极管， 在外延结构的 n型 应力调变层 204， 将组分 A1调整 至 70%以上， 可以减少后续生长量子阱发光层时的翘曲， 并同时改善该量子井发 光层的表面温度均匀性， 进而提升外延结构发光波长均匀性。

[0081] 所以， 本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具 有高度产业利用价值。

[0082] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功 效， 而非用于限制本发明。 任何 熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神 及范畴下， 对上述实施例进行修 饰或改变。 因此， 举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离 本发明所揭示 的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或 改变， 仍应由本发明的权利要求 所涵盖。