一種氮化物發光二極管芯片的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明的技術方案涉及至少有一個電位躍變勢皇或表面勢皇的專門適用于光發射的半導體器件，具體地說是一種氮化物發光二極管芯片的制備方法。
【背景技術】
[0002]當前綠色節能已經成為全球趨勢，而II1-V族氮化物的半導體發光二極管技術由于具有綠色環保、高效節能和靈巧方便等特性，在顯示、照明和背光領域得到廣泛的應用。近年來，深紫外II1-V族氮化物半導體發光二極管也引起了巨大的關注，在未來期間，深紫外發光二極管將產生巨大的經濟效益，然而目前深紫外發光二極管中P-型半導體和N-型半導體的摻雜效率和載流子濃度較低，嚴重制約了發光二極管器件的內量子效率。
[0003]在增加發光二極管摻雜效率和載流子濃度方面的研究方面，現有技術中研究人員提出了利用AlGaN/GaN超晶格結構，一方面該超晶格結構內部會產生強烈的極化電場，從而提尚受主雜質(Mg)的激活率，另外一方面AlGaN/GaN超晶格結構可以有效地屏蔽半導體材料內部的缺陷，從而減小自補償效應，提高載流子的濃度;極化電場的另外一個應用價值是可以利用其產生三維空穴氣，從而有效地增加摻雜效率和載流子濃度;此外，經過研究證實，Mg的δ摻雜也可以有效地改善P-型AlGaN材料的摻雜濃度，即周期性的關閉Al源和Ga源停止AlGaN薄膜的生長，持續通入NH3和Mg源，使Mg可以有充分的時間取代Al或者Ga原子，從而減小AlGaN材料的位錯密度，抑制自補償效應，進而提高空穴的濃度；另外一種提高半導體摻雜效率的方式是通過Mg-1n共摻技術實現的。但是以上這些技術，都是在外延生長時進行控制，其要求控制精度高，工藝復雜，因此重復性比較差。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是:提供一種氮化物發光二極管芯片的制備方法，是增強半導體摻雜效率和載流子濃度的深紫外發光二極管的制備方法，在發光二極管結構中引入絕緣層/半導體結構，通過外部電場實現半導體增強型效應，利用外加電壓，實現能帶彎曲，引起局部載流子濃度的增加，從而間接地提尚慘雜效率，最終提尚發光一■極管的發光效率，克服了現有技術為增加發光二極管摻雜效率和載流子濃度是采用在外延生長時進行控制，其要求控制精度高、工藝復雜和重復性差的缺陷。
[0005]本發明解決該技術問題所采用的技術方案是:一種氮化物發光二極管芯片的制備方法，步驟如下:
[0006]第一步，在MOCVD反應爐，即金屬有機化合物化學氣相沉淀反應爐中，將襯底在1200 0C進行烘烤，處理掉襯底表面異物；
[0007]第二步，在MOCVD反應爐中，在第一步處理后的襯底表面外延生長一層厚度為10?50nm的緩沖層；
[0008]第三步，在MOCVD反應爐中，在第二步得到的緩沖層上依次外延生長厚度為2?8μπι的N型半導體材料、多量子阱層和厚度為100?500nm的P-型半導體材料；
[0009]第四步，在第三步的得到的P-型半導體材料上沉積厚度為10?500nm的電流擴展層，并利用光刻和濕法刻蝕工藝制作電流擴展圖形，即電流擴展層的長度短于P-型半導體材料，形成臺階圖形I;
[0010]第五步，在第四步得到的制品上面，通過光刻和干法刻蝕工藝使P-型半導體材料、多量子阱層和一部分N型半導體材料的長度短于襯底和緩沖層的長度，并曝露出一部分N型半導體材料，該曝露出的N型半導體材料部分與襯底和緩沖層等長，從而形成臺階圖形Π;
[0011]第六步，在第五步得到的制品上面沉積一層絕緣層，所用材質為Si02、Si3N4、金剛石、LiF或PMMA，厚度為5?300nm，是連續膜結構或非連續膜結構，再通過光刻和刻蝕技術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.通過光刻和刻蝕技術使絕緣層一部分保留在N型半導體材料的臺階圖形Π上，另一部分保留在P型半導體材料的臺階圖形I上，其中保留在N型半導體材料的臺階圖形Π上面的絕緣層部分的位置與臺階圖形Π側壁的距離為0.01?100微米，保留在P型半導體材料上的臺階圖形I上面的絕緣層部分的位置與臺階圖形I側壁的距離為0.01?100微米，
[0013]b.通過光刻和刻蝕技術使絕緣層只在P型半導體材料的臺階圖形I上保留一部分絕緣層，保留在P型半導體材料上的臺階圖形I上面的絕緣層部分的位置與臺階圖形I側壁的距離為0.01?100微米，
[0014]c.通過光刻和刻蝕技術使絕緣層只在N型半導體材料的臺階圖形Π上保留一部分絕緣層，保留在N型半導體材料的臺階圖形Π上面的絕緣層部分的位置與臺階圖形Π側壁的距離為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，并通過光刻制作P型電極圖案，該P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展層上面，另一部分保留在N型半導體材料的臺階圖形Π上面的絕緣層部分上面，且長度與N型半導體材料的臺階圖形Π上面的絕緣層一致，
[0017]b.只使其保留在電流擴展層上面；
[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型半導體材料的臺階圖形I上的絕緣層的上面，且長度與在P型半導體材料的臺階圖形I上面的絕緣層的長度一致，另一部分保留在N型半導體材料的臺階圖形Π上面，其與在N型半導體材料的臺階圖形Π上的絕緣層的距離為0.01?100微米，且長度與在N型半導體材料的臺階圖形Π上面的絕緣層的長度一致，
[0020]b.使其一部分保留在P型半導體材料的臺階圖形I上的絕緣層的上面，且長度與在P型半導體材料的臺階圖形I上面的絕緣層的長度一致，另一部分保留在N型半導體材料的臺階圖形Π上面，
[0021]c.只使其保留在N型半導體材料的臺階圖形Π上面，與在N型半導體材料的臺階圖形Π上的絕緣層的距離為0.01?100微米，且其長度與在N型半導體材料的臺階圖形Π上面的絕緣層的長度一致；
[0022]至此制得一種氮化物發光二極管芯片。
[0023]上述一種氮化物發光二極管芯片的制備方法，所述襯底為藍寶石、S1、SiC、AlN、石英玻璃或GaN。
[0024]上述一種氮化物發光二極管芯片的制備方法，所述緩沖層、N型半導體材料和P-型半導體材料的材質均為氮化物四元半導體材料AlxInyGaityN，其中O < x<l，0 < y<l，0 <
1-x-yo
[0025]上述一種氮化物發光二極管芯片的制備方法，所述多量子阱層的材質為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]上述一種氮化物發光二極管芯片的制備方法，所述電流擴展層的材質為ITO、NiAu、氧化鋅、石墨稀或招。
[0027]上述一種氮化物發光二極管芯片的制備方法，所述P型電極的材質為CrPtAu。
[0028]上述一種氮化物發光二極管芯片的制備方法，所述N型電極的材質為TiAlTiAu。
[0029]上述一種氮化物發光二極管芯片的制備方法，所述絕緣層的非連續膜結構是由光刻加工制作的。
[0030]上述一種氮化物發光二極管芯片的制備方法，所述一種氮化物發光二極管芯片在工作時，在P型電極和N型半導體材料上的絕緣層上的電極接正電壓，在N型電極和P型半導體材料上的絕緣層上的電極接負電壓。
[0031]上述一種氮化物發光二極管芯片的制備方法，所述外延生長的工藝是通過本技術領域公知的金屬有機化學氣相沉積系統(MOCVD)、分子束外延系統(MBE)、氫化物氣相外延(HVPE)或等離子體增強化學氣相系統(PECVD)來完成。
[0032]上述一種氮化物發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領域公知的。
[0033]本發明的有益效果是:與現有技術相比，本發明具有如下的突出的實質性特點和顯著進步:
[0034](I)本發明一種氮化物發光二極管芯片的制備方法是增強半導體摻雜效率和載流子濃度的深紫外發光二極管的制備方法，在發光二極管結構中引入絕緣層/半導體結構，通過外部電場實現半導體增強型效應，利用外加電壓，實現能帶彎曲，引起局部載流子濃度的增加，從而間接地提高摻雜效率，最終提高發光二極管的發光效率。
[0035](2)本發明提出的方案是在通過在半導體材料表面沉積一層絕緣層，并在絕緣層上面制作電極，當在P型半導體材料上的絕緣層上加上