蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件及制作方法

摘要

本发明公开了一种蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件及其制作方法，它涉及微电子技术领域，主要解决了紫外LED出光效率低的问题。该器件自下而上依次包括低温AlN成核层、高温AlN成核层、本征AlGaN外延层、n－AlGaN势垒层、有源区、p－AlGaN势垒层、低Al组分p型AlGaN层、p型GaN冒层，以及在p型GaN冒层设有的窗口区(A)。该器件通过干法刻蚀p－GaN冒层至电子势垒层p－AlGaN，形成了圆柱状的出射光窗口，改变了出射光的路径，大大减少了光在传播过程中的损耗。本发明由于采用干法刻蚀窗口区，使得位于窗口区底部的电子势垒层p－AlGaN的表面粗化，进一步提高了出射光的出射效率，且工艺简单，成本低，重复性好，可靠性高，本发明可用于水处理，医疗、生物医学场合以及白光照明中。

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发展 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 Emitting Diodes 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-emitting diodes 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 deep ultraviolet light-emitting diodes”Appl Phys Lett，2004，84(23)：4762；Y Bilenko，A Lunev， X Hu，et al.“10Milliwatt Pulse Operation of 265nm AlGaN Light Emitting Diodes”Jpn J 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 excess of 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V Adivarahan，W H Sun，A Chitnis，et al.“250nm AlGaN light-emitting diodes”Appl Phys Lett，2004，85(12)：2175，

2004年，美国西北大学、堪萨斯大学也在深紫外特别是280-290nm波段取得了 较大进展。Fischer A J，Allerman A A，et al.Room-temperature direct current operation of 290nm Light-emitting diodes with milliwatt power level[J].Appl Phys Lett， 2004，84(17)：3394.采用插丝状接触来改善芯片内部的电流扩展，倒装焊结构提高LED 的散热能力，制出了1mm×1mm大功率紫外LED，发光波长290nm，300mA直流下 的发光功率达1.34mW，外量子效率0.11％。Kim K H，Fan Z Y，Khizar M，et al. AlGaN-based ultraviolet light-emitting diodes grown on AlN epilayers[J].Appl Phys Lett， 2004，85(20)：4777.将传统的方形芯片改为圆盘状，降低了开启电压，使功率大幅度提 高，210μm直径的芯片，功率超过了1mW。

同年，美国南卡罗莱纳州立大学又研制出250和255nm的深紫外uv-LED，底 部缓冲层采用AlGaN/AlN超晶格结构，生长出高质量的AlGaN势垒层，制出了 200×200μm的深紫外LED，在300mA和1000mA的脉冲电流下，其发光功率分别达 到0.16mW和0.57mW，但是由于采用底部出光的方式，其发光效率还是比较低。参 见文献V Adivarahan，W H Sun，A Chitnis，M Shatalov，S Wu，H P Maruska，M AsifKhan. “250nm AlGaN light-emitting diodes”Appl Phys Lett，2004，85(12)：2175.

2007年，日本埼玉大学在231-261nm波段的深紫外LED的研究取得了进一步的 进展，由于采用脉冲生长AlN缓冲层，进一步减少了AlN层的位错缺陷密度，从而 生长出高Al组分的AlGaN层，使得261nm的深紫外LED的光功率以及外量子效率 分布达到1.65mW和0.23％。参见文献Hirayama Hideki，Yatabe Tohru，Noguchi Norimichi，Ohashi Tomoaki，Kamata Norihiko.“231-261nm AlGaN deep-ultraviolet light-emitting diodes fabricated on AlN multilayer buffers grown by ammonia pulse-flow method on sapphire”Appl Phys Lett，2007，91(7)：071901-1.

纵上所述，当前，国际上AlGaN基deep uv-LED器件的制作都是采用底部出光 的方式，对顶部出光的研究较少。随着发光波长的减少，底部缓冲层对紫外光的吸收 越来越多，严重影响了出射光功率以及外量子效率。目前主要是改变p型电极的结构， 以及器件的结构，现有底部出光的技术目前还存在很大的缺点，一是光的出射路径过 长，中途光的损耗过大，往往造成光的外量子效率过低；二是底部AlN缓冲层的结晶 质量都较差，造成材料的非辐射复合中心增多，对紫外光的吸收较多；三是底部缓冲 层在电应力作用下，俘获光子的缺陷增加，严重影响了器件的可靠性。

发明内容

本发明目的在于克服上述已有技术的缺点，提出一种可靠性高、成本低、工艺简 单的蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件及制作方法，以减少光的出射路径，提 高输出光的功率以及外量子效率。

为实现上述目的，本发明提供的蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件：包括 AlN成核层、本征AlGaN外延层、n型AlGaN势垒层、有源区、p型AlGaN势垒层、 低Al组分p型AlGaN层和p型GaN冒层，其中p型GaN冒层的中心刻蚀有柱体状 窗口区，用于改变出射光的路径。

所述的窗口区底部位于p型AlGaN势垒层的四分之三处。

所述的窗口区的深度与宽度的比例为1∶1000。

为实现上述目的，本发明提供了如下两种制作蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED 器件的方法。

技术方案1，制作蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件的方法，包括如下 步骤：

材料生长步骤：在蓝宝石基片上，利用MOCVD工艺，依次生长低温AlN成核 层、高温AlN成核层、AlGaN外延层、n-AlGaN势垒层、有源区、40％-60％的高Al 组分p型AlGaN势垒层、10％-25％的低Al组分p型AlGaN层和p型GaN层；

器件制作步骤：

1)采用ICP或者RIE工艺从顶部p型GaN冒层刻蚀至n型AlGaN层，形成n 型AlGaN台面；

2)先光刻出位于p型GaN冒层的圆形窗口，再采用氯基ICP工艺二次刻蚀窗口 区至p型AlGaN势垒层，形成圆柱体的出光窗口，其刻蚀工艺参数分别为： 240W-600W的上电极功率，0-80V的偏压，1-3Pa的压力、100-180s的刻蚀时间；

3)在n型AlGaN台面上光刻出n型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在电极 图形区蒸发n型欧姆接触金属，形成n型电极；

4)在p型GaN冒层光刻出p型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在电极图形 区蒸发p型欧姆接触金属，形成p型电极，完成器件制作。

技术方案2，制作蓝宝石衬底上的多量子阱紫外LED器件的方法，包括如下步骤：

材料生长步骤：在蓝宝石基片上，利用MOCVD工艺，依次生长低温AlN成核 层、高温AlN成核层、AlGaN外延层、n-AlGaN势垒层、有源区、40％-60％的高Al 组分p型AlGaN势垒层、10％-25％的低Al组分p型AlGaN层和p型GaN层；

器件制作步骤：

1)在p型GaN冒层中心先光刻出圆形窗口，再采用氯基RIE工艺二次刻蚀窗口 区至p型AlGaN势垒层，形成圆柱体的出光窗口，其刻蚀工艺参数分别为： 150W-400W的电极功率，230-550V的偏压，5-10mT的反应室压力，100-240s的刻蚀 时间；

2)采用ICP或者RIE工艺从顶部p型GaN冒层刻蚀至n型AlGaN层，形成n 型AlGaN台面；

3)在n型AlGaN台面上光刻出n型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在窗口 区蒸发n型欧姆接触金属，形成n型电极；

4)在p型GaN冒层光刻出p型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在窗口区蒸 发p型欧姆接触金属，形成p型电极，完成器件制作。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明由于通过刻蚀p-GaN冒层至p型AlGaN阻挡层，形成出圆柱体状 的出光窗口，使得发出的紫外光能从顶部辐射出来，有效的提高了光的输出功率以及 器件的外量子效率。

(2)本发明的制作工艺完全能与成熟的蓝光GaN基LED器件制备工艺兼容， 特别是p型AlGaN表面经过刻蚀粗化后，有效的提高了光的出射功率。

(3)本发明的器件由于采用了顶部窗口结构，即使电应力使器件的AlN缓冲层 中的缺陷增多，也不会影响出射光的功率，这将极大地推进AlGaN基多量子阱紫外 LED的实用化进程。

附图说明

图1是本发明器件的剖面结构示意图；

图2是本发明材料生长的工艺流程图；

图3是本发明器件方案1的制作工艺流程图；

图4是本发明器件方案2的制作工艺流程图。

参照图1，本发明器件的最下层为蓝宝石衬底，蓝宝石衬底上为低温AlN成核层， 低温AlN成核层上为高温成核层，高温AlN成核层上为AlGaN外延层，AlGaN外延 层上为n型AlGaN势垒层，n型AlGaN势垒层上为有源区，该有源区由多量子阱结 构的Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN组成，有源区上为高Al组分p型AlGaN势垒层，其上为低 Al组分的p型AlGaN层，最上面为p型GaN冒层。p型GaN冒层处设有窗口区A， 使产生的光由顶部冒层发出。该窗口区A的形状为圆柱体，其底部位于p型AlGaN 势垒层厚度的四分之三处。窗口区A的深度与宽度的比例为1∶1000，n型电极位于 n-AlGaN台面上，p型电极位于p型GaN冒层上。

实施例一，本发明器件的制作包括材料生长和器件制作两个步骤。

参照图2，本发明的材料生长步骤如下：

步骤1，在蓝宝石基片上，利用MOCVD工艺，生长低温AlN成核层。

将衬底温度降低为600℃，保持生长压力50Torr，氢气流量为1500sccm，氨气流 量为1500sccm，向反应室通入流量为28μmol/min的铝源，生长厚度为5nm的低温 AlN成核层。

步骤2，在低温AlN成核层上，生长高温AlN成核层。

将生长温度升高到1050℃，保持生长压力50Torr，氢气流量为1500sccm，氨气 流量为1500sccm，向反应室通入流量为28μmol/min的铝源，生长厚度为200nm的高 温AlN成核层。

步骤3，在高温AlN成核层上，生长AlGaN外延层。

生长温度保持在1050℃，保持生长压力为110Torr，氢气流量为1500sccm，氨气 流量为1500sccm，向反应室通入流量为50μmol/min的铝源和80μmol/min的镓源，生 长厚度为1200nm的非掺杂的AlGaN外延层。

步骤4，在AlGaN外延层上，生长Si掺杂的n型AlGaN势垒层。

生长温度保持在1050℃，保持生长压力110Torr，氢气流量为1500sccm，氨气流 量1500sccm，向反应室同时通入流量为60μmol/min的铝源、70μmol/min的镓源以及 1-3μmol/min的Si源，生长厚度为700nm的Si掺杂的AlGaN势垒层。

步骤5，在n型AlGaN势垒层上，生长多量子阱Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN层，(x＜y)。

生长温度保持在1050℃，保持生长压力120Torr，氢气流量为1500sccm，氨气流 量1500sccm，向反应室同时通入流量为65μmol/min的铝源和80μmol/min的镓源，生 长厚度为2-7nm的Al_xGa_1-xN势阱层；生长温度保持在1050℃，保持生长压力70Torr， 氢气流量为1500sccm，氨气流量1500sccm，向反应室同时通入流量为80μmol/min的 铝源，65μmol/min的镓源，生长厚度为2-10nm的Al_yGa_1-yN势垒层，量子阱的周期 为3-5个。

步骤6，在多量子阱Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN层上，生长40％-60％的高Al组分p型 AlGaN势垒层。

生长温度保持在1000℃，保持生长压力100Torr，氢气流量为1500sccm，氨气流 量1500sccm，向反应室同时通入流量为110μmol/min的铝源、80μmol/min的镓源， 以及3-5μmol/min的Mg源，生长厚度为65nm的高Al组分的p型AlGaN势垒层。

步骤7，在p型势垒层上，生长10％-25％的低Al组分p型AlGaN层。

生长温度保持在1000℃，保持生长压力100Torr，氢气流量为1500sccm，氨气流 量1500sccm，向反应室同时通入流量为80μmol/min的铝源、120μmol/min的镓源以 及3-5μmol/min的Mg源，生长厚度为60nm的低Al组分的p型AlGaN势垒层。

步骤8，在所述的低Al组分p型AlGaN层上，生长p型GaN冒层。

生长温度保持在950℃，保持生长压力70Torr，氢气流量为1500sccm，氨气流量 1500sccm，向反应室同时通入流量为65μmol/min的镓源，以及3-5μmol/min的Mg 源，生长厚度为60nm的p型GaN冒层。

参照图3，本发明的器件制作步骤如下：

第一步，在p型GaN冒层上采用ICP或者RIE工艺刻蚀台面至n型AlGaN层。

采用电子束蒸发设备淀积厚度约为300nm的SiO₂层来作为刻蚀掩模层。由于对 于AlGaN材料的刻蚀速率较慢，增加该步骤是为了在样片上形成SiO₂和光刻胶共同 起作用的双层掩膜图形，更有利于保护未刻蚀区域表面；

对样片甩正胶，转速为5000转/min，然后再在温度为90℃的烘箱中烘15min， 通过光刻以及显影形成刻蚀所需的图形；

采用ICP干法刻蚀，形成台面，刻蚀时采用的电极功率为550W，偏压为110V， 压力为1.5Pa，刻蚀时间为400s；

采用丙酮去除刻蚀后的正胶，然后在BOE中浸泡1min去除SiO₂掩膜，最后用 去离子水清洗干净并用氮气吹干，除去刻蚀后的掩膜层。

第二步，在p型GaN冒层上光刻出一圆形窗口，采用ICP二次刻蚀窗口区至p 型AlGaN势垒层，形成圆柱体的出光窗口A。

对样片甩正胶，转速为5000转/min，然后再在90℃的烘箱中烘15min，通过光 刻以及显影形成刻蚀所需的出光窗口；

采用ICP干法刻蚀p型GaN层至p型AlGaN势垒层，刻蚀采用的气体为Cl₂/BCl₃， 刻蚀深度为135nm，刻蚀采用的电极功率为240W，偏压为80V，压力为1Pa，刻蚀 时间为180s，形成圆柱体的出光窗口。

第三步，在n型AlGaN层上光刻出n型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在 电极图形区蒸发n型欧姆接触金属，形成n型电极。

为了更好地剥离金属，首先在样片上甩黏附剂，转速为8000转/min，时间为30s， 在温度为160℃的高温烘箱中烘20min；然后再在该样片上甩正胶，转速为5000转 /min，最后在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，光刻获得n型电极图形；

采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，该步骤大大 提高了剥离的成品率，而后采用VPC-1000电子束蒸发设备淀积Ti/Al/Ti/Au四层金属；

在丙酮中浸泡40min以上后进行超声处理，然后用氮气吹干。将样片放入到快速 退火炉中，首先向退火炉内通入氮气10min左右，然后在氮气气氛下，温度为870℃ 条件下进行40s的高温退火，形成n型电极。

第四步，在p型GaN冒层上光刻出p型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在 电极图形区蒸发p型欧姆接触金属，形成p型电极。

首先在样片上甩黏附剂，甩胶台的转速为8000转/min，时间为30s，将其放入温 度为160℃的高温烘箱中烘20min；之后再在该样片上甩正胶，甩胶台的转速为5000 转/min，放入温度为80℃的高温烘箱中烘10min，光刻获得p型电极图形；

采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，在p型电极 图形上采用VPC-1100电子束蒸发设备蒸发Ni/Au两层金属来作为p型电极；

将进行完上述处理的样片放入丙酮中浸泡20min以上后进行超声处理，然后用氮 气吹干，之后再将该样片放入到快速退火炉中，在空气气氛下，温度为560℃条件下 进行10min的高温退火，形成p型电极，完成器件制作。

实施例二，本发明器件的制作包括材料生长和器件制作两个步骤。

其中材料生长步骤与实施例一相同，如图2所示。

器件制作如图3所示，具体步骤如下：

第一步，在p型GaN冒层上采用ICP或者RIE工艺刻蚀台面至n型AlGaN层。

采用电子束蒸发设备淀积厚度约为300nm的SiO₂层来作为刻蚀掩模层。由于对 于AlGaN材料的刻蚀速率较慢，增加该步骤是为了在样片上形成SiO₂和光刻胶共同 起作用的双层掩膜图形，更有利于保护未刻蚀区域表面；

对样片甩正胶，转速为5000转/min，然后再在温度为90℃的烘箱中烘15min， 通过光刻以及显影形成刻蚀所需的图形；

采用ICP干法刻蚀，形成台面，刻蚀时采用的电极功率为550W，偏压为110V， 压力为1.5Pa，刻蚀时间为400s；

采用丙酮去除刻蚀后的正胶，然后在BOE中浸泡1min去除SiO₂掩膜，最后用 去离子水清洗干净并用氮气吹干，除去刻蚀后的掩膜层。

第二步，在p型GaN冒层上光刻出一圆形窗口，采用ICP二次刻蚀窗口区至p 型AlGaN势垒层，形成圆柱体的出光窗口A。

对样片甩正胶，转速为5000转/min，然后再在90℃的烘箱中烘15min，通过光 刻以及显影形成刻蚀所需的出光窗口；

采用ICP干法刻蚀p型GaN层至p型AlGaN势垒层，刻蚀深度为135nm，刻蚀 采用的气体为Cl₂/BCl₃，刻蚀采用的电极功率为450W，偏压为60V，压力为2Pa，刻 蚀时间为140s，形成圆柱体的出光窗口。

第三步，在n型AlGaN层上光刻出n型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在 电极图形区蒸发n型欧姆接触金属，形成n型电极。

为了更好地剥离金属，首先在样片上甩黏附剂，转速为8000转/min，时间为30s， 在温度为160℃的高温烘箱中烘20min；然后再在该样片上甩正胶，转速为5000转 /min，最后在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，光刻获得n型电极图形；

采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，该步骤大大 提高了剥离的成品率，而后采用VPC-1000电子束蒸发设备淀积Ti/Al/Ti/Au四层金属；

在丙酮中浸泡40min以上后进行超声处理，然后用氮气吹干。将样片放入到快速 退火炉中，首先向退火炉内通入氮气10min左右，然后在氮气气氛下，温度为870℃ 条件下进行40s的高温退火，形成n型电极。

第四步，在p型GaN冒层上光刻出p型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在 电极图形区蒸发p型欧姆接触金属，形成p型电极。

首先在样片上甩黏附剂，甩胶台的转速为8000转/min，时间为30s，将其放入温 度为160℃的高温烘箱中烘20min；之后再在该样片上甩正胶，甩胶台的转速为5000 转/min，放入温度为80℃的高温烘箱中烘10min，光刻获得p型电极图形；

采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，在p型电极 图形上采用VPC-1100电子束蒸发设备蒸发Ni/Au两层金属来作为p型电极；

将进行完上述处理的样片放入丙酮中浸泡20min以上后进行超声处理，然后用氮 气吹干，之后再将该样片放入到快速退火炉中，在空气气氛下，温度为560℃条件下 进行10min的高温退火，形成p型电极，完成器件制作。

实施例三，本发明器件的制作包括材料生长和器件制作两个步骤。

其中材料生长步骤与实施例一相同，如图2所示。

器件制作如图3所示，具体步骤如下：

第一步，在p型GaN冒层上采用ICP或者RIE工艺刻蚀台面至n型AlGaN层。

采用电子束蒸发设备淀积厚度约为300nm的SiO₂层来作为刻蚀掩模层。由于对 于AlGaN材料的刻蚀速率较慢，增加该步骤是为了在样片上形成SiO₂和光刻胶共同 起作用的双层掩膜图形，更有利于保护未刻蚀区域表面；

对样片甩正胶，转速为5000转/min，然后再在温度为90℃的烘箱中烘15min， 通过光刻以及显影形成刻蚀所需的图形；

采用ICP干法刻蚀，形成台面，刻蚀时采用的电极功率为550W，偏压为110V， 压力为1.5Pa，刻蚀时间为400s；

采用丙酮去除刻蚀后的正胶，然后在BOE中浸泡1min去除SiO₂掩膜，最后用 去离子水清洗干净并用氮气吹干，除去刻蚀后的掩膜层。

第二步，在p型GaN冒层上光刻出一圆形窗口，采用ICP二次刻蚀窗口区至p 型AlGaN势垒层，形成圆柱体的出光窗口A。

对样片甩正胶，转速为5000转/min，然后再在90℃的烘箱中烘15min，通过光 刻以及显影形成刻蚀所需的出光窗口；

采用ICP干法刻蚀p型GaN层至p型AlGaN势垒层，刻蚀深度为135nm，刻蚀 采用的气体为Cl₂/BCl₃，刻蚀采用的电极功率为600W，偏压为0V，压力为3Pa，刻 蚀时间为100s，形成圆柱体的出光窗口。

第三步，在n型AlGaN层上光刻出n型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在 电极图形区蒸发n型欧姆接触金属，形成n型电极。

为了更好地剥离金属，首先在样片上甩黏附剂，转速为8000转/min，时间为30s， 在温度为160℃的高温烘箱中烘20min；然后再在该样片上甩正胶，转速为5000转 /min，最后在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，光刻获得n型电极图形；

采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，该步骤大大 提高了剥离的成品率，而后采用VPC-1000电子束蒸发设备淀积Ti/Al/Ti/Au四层金属；

在丙酮中浸泡40min以上后进行超声处理，然后用氮气吹干。将样片放入到快速 退火炉中，首先向退火炉内通入氮气10min左右，然后在氮气气氛下，温度为870℃ 条件下进行40s的高温退火，形成n型电极。

第四步，在p型GaN冒层上光刻出p型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在 电极图形区蒸发p型欧姆接触金属，形成p型电极。

首先在样片上甩黏附剂，甩胶台的转速为8000转/min，时间为30s，将其放入温 度为160℃的高温烘箱中烘20min；之后再在该样片上甩正胶，甩胶台的转速为5000 转/min，放入温度为80℃的高温烘箱中烘10min，光刻获得p型电极图形；

采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，在p型电极 图形上采用VPC-1100电子束蒸发设备蒸发Ni/Au两层金属来作为p型电极；

将进行完上述处理的样片放入丙酮中浸泡20min以上后进行超声处理，然后用氮 气吹干，之后再将该样片放入到快速退火炉中，在空气气氛下，温度为560℃条件下 进行10min的高温退火，形成p型电极，完成器件制作。

实施例四，本发明器件的制作包括材料生长和器件制作两个步骤。

其中材料生长步骤与实施例一相同，如图2所示。

器件制作如图4所示，具体步骤如下：

第一步，在p型GaN冒层上光刻出一圆形窗口，采用RIE二次刻蚀窗口区至p 型AlGaN势垒层，形成圆柱体的出光窗口A。

在样片表面涂上光刻胶，在转速为5000转/min的甩胶台上进行甩胶，然后在90℃ 的烘箱中烘15min，通过光刻以及显影形成刻蚀所需的出光窗口；

采用RIE干法刻蚀p型GaN层至p型AlGaN势垒层，刻蚀深度为135nm，刻蚀 采用的气体为Cl₂/BCl₃，刻蚀采用的电极功率为150W，偏压为230V，压力为10mT， 刻蚀时间为240s，形成底部在p型AlGaN势垒层的圆柱体出光窗口。

第二步，在p型GaN冒层上采用ICP或者RIE工艺刻蚀台面至n型AlGaN层。

采用电子束蒸发设备淀积厚度约为300nm的SiO₂层来作为刻蚀掩模层。由于对 于AlGaN材料的刻蚀速率较慢，增加该步骤是为了在样片上形成SiO₂和光刻胶共同 起作用的双层掩膜图形，更有利于保护未刻蚀区域表面；

对样片甩正胶，转速为5000转/min，然后再在温度为90℃的烘箱中烘15min， 通过光刻以及显影形成刻蚀所需的图形；

采用ICP干法刻蚀，形成台面，刻蚀时采用的电极功率为550W，偏压为110V， 压力为1.5Pa，刻蚀时间为400s；

采用丙酮去除刻蚀后的正胶，然后在BOE中浸泡1min去除SiO₂掩膜，最后用 去离子水清洗干净并用氮气吹干，除去刻蚀后的掩膜层。

第三步，在n型AlGaN层上光刻出n型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在 电极图形区蒸发n型欧姆接触金属，形成n型电极。

为了更好地剥离金属，首先在样片上甩黏附剂，转速为8000转/min，时间为30s， 在温度为160℃的高温烘箱中烘20min；然后再在该样片上甩正胶，转速为5000转 /min，最后在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，光刻获得n型电极图形；

采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，该步骤大大 提高了剥离的成品率，而后采用VPC-1000电子束蒸发设备淀积Ti/Al/Ti/Au四层金属；

在丙酮中浸泡40min以上后进行超声处理，然后用氮气吹干。将样片放入到快速 退火炉中，首先向退火炉内通入氮气10min左右，然后在氮气气氛下，温度为870℃ 条件下进行40s的高温退火，形成n型电极。

第四步，在p型GaN冒层上光刻出p型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在 电极图形区蒸发p型欧姆接触金属，形成p型电极。

首先在样片上甩黏附剂，甩胶台的转速为8000转/min，时间为30s，将其放入温 度为160℃的高温烘箱中烘20min；之后再在该样片上甩正胶，甩胶台的转速为5000 转/min，放入温度为80℃的高温烘箱中烘10min，光刻获得p型电极图形；

采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，在p型电极 图形上采用VPC-1100电子束蒸发设备蒸发Ni/Au两层金属来作为p型电极；

将进行完上述处理的样片放入丙酮中浸泡20min以上后进行超声处理，然后用氮 气吹干，之后再将该样片放入到快速退火炉中，在空气气氛下，温度为560℃条件下 进行10min的高温退火，形成p型电极，完成器件制作。

实施例五，本发明器件的制作包括材料生长和器件制作两个步骤。

其中材料生长步骤与实施例一相同，如图2所示。

器件制作如图4所示，具体步骤如下：

第一步，在p型GaN冒层上光刻出一圆形窗口，采用RIE二次刻蚀窗口区至p 型AlGaN势垒层，形成圆柱体的出光窗口A。

在样片表面涂上光刻胶，在转速为5000转/min的甩胶台上进行甩胶，然后在90℃ 的烘箱中烘15min，通过光刻以及显影形成刻蚀所需的出光窗口；

采用RIE干法刻蚀p型GaN层至p型AlGaN势垒层，刻蚀深度为135nm，刻蚀 采用的气体为Cl₂/BCl₃，刻蚀采用的电极功率为320W，偏压为410V，压力为8mT， 刻蚀时间为180s，形成底部在p型AlGaN势垒层的圆柱体出光窗口。

第二步，在p型GaN冒层上采用ICP或者RIE工艺刻蚀台面至n型AlGaN层。

采用电子束蒸发设备淀积厚度约为300nm的SiO₂层来作为刻蚀掩模层。由于对 于AlGaN材料的刻蚀速率较慢，增加该步骤是为了在样片上形成SiO₂和光刻胶共同 起作用的双层掩膜图形，更有利于保护未刻蚀区域表面；

对样片甩正胶，转速为5000转/min，然后再在温度为90℃的烘箱中烘15min， 通过光刻以及显影形成刻蚀所需的图形；

采用ICP干法刻蚀，形成台面，刻蚀时采用的电极功率为550W，偏压为110V， 压力为1.5Pa，刻蚀时间为400s；

采用丙酮去除刻蚀后的正胶，然后在BOE中浸泡1min去除SiO₂掩膜，最后用 去离子水清洗干净并用氮气吹干，除去刻蚀后的掩膜层。

第三步，在n型AlGaN层上光刻出n型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在 电极图形区蒸发n型欧姆接触金属，形成n型电极。

为了更好地剥离金属，首先在样片上甩黏附剂，转速为8000转/min，时间为30s， 在温度为160℃的高温烘箱中烘20min；然后再在该样片上甩正胶，转速为5000转 /min，最后在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，光刻获得n型电极图形；

采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，该步骤大大 提高了剥离的成品率，而后采用VPC-1000电子束蒸发设备淀积Ti/Al/Ti/Au四层金属；

在丙酮中浸泡40min以上后进行超声处理，然后用氮气吹干。将样片放入到快速 退火炉中，首先向退火炉内通入氮气10min左右，然后在氮气气氛下，温度为870℃ 条件下进行40s的高温退火，形成n型电极。

第四步，在p型GaN冒层上光刻出p型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在 电极图形区蒸发p型欧姆接触金属，形成p型电极。

首先在样片上甩黏附剂，甩胶台的转速为8000转/min，时间为30s，将其放入温 度为160℃的高温烘箱中烘20min；之后再在该样片上甩正胶，甩胶台的转速为5000 转/min，放入温度为80℃的高温烘箱中烘10min，光刻获得p型电极图形；

采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，在p型电极 图形上采用VPC-1100电子束蒸发设备蒸发Ni/Au两层金属来作为p型电极；

将进行完上述处理的样片放入丙酮中浸泡20min以上后进行超声处理，然后用氮 气吹干，之后再将该样片放入到快速退火炉中，在空气气氛下，温度为560℃条件下 进行10min的高温退火，形成p型电极，完成器件制作。

实施例六，本发明器件的制作包括材料生长和器件制作两个步骤。

其中材料生长步骤与实施例一相同，如图2所示。

器件制作如图4所示，具体步骤如下：

第一步，在p型GaN冒层上光刻出一圆形窗口，采用RIE二次刻蚀窗口区至p 型AlGaN势垒层，形成圆柱体的出光窗口A。

在样片表面涂上光刻胶，在转速为5000转/min的甩胶台上进行甩胶，然后在90℃ 的烘箱中烘15min，通过光刻以及显影形成刻蚀所需的出光窗口；

采用RIE干法刻蚀p型GaN层至p型AlGaN势垒层，刻蚀深度为135nm，刻蚀 采用的气体为Cl₂/BCl₃，刻蚀采用的电极功率为400W，偏压为550V，压力为5mT， 刻蚀时间为100s，形成底部在p型AlGaN势垒层的圆柱体出光窗口。

第二步，在p型GaN冒层上采用ICP或者RIE工艺刻蚀台面至n型AlGaN层。

采用电子束蒸发设备淀积厚度约为300nm的SiO₂层来作为刻蚀掩模层。由于对 于AlGaN材料的刻蚀速率较慢，增加该步骤是为了在样片上形成SiO₂和光刻胶共同 起作用的双层掩膜图形，更有利于保护未刻蚀区域表面；

对样片甩正胶，转速为5000转/min，然后再在温度为90℃的烘箱中烘15min， 通过光刻以及显影形成刻蚀所需的图形；

采用ICP干法刻蚀，形成台面，刻蚀时采用的电极功率为550W，偏压为110V， 压力为1.5Pa，刻蚀时间为400s；

采用丙酮去除刻蚀后的正胶，然后在BOE中浸泡1min去除SiO₂掩膜，最后用 去离子水清洗干净并用氮气吹干，除去刻蚀后的掩膜层。

第三步，在n型AlGaN层上光刻出n型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在 电极图形区蒸发n型欧姆接触金属，形成n型电极。

为了更好地剥离金属，首先在样片上甩黏附剂，转速为8000转/min，时间为30s， 在温度为160℃的高温烘箱中烘20min；然后再在该样片上甩正胶，转速为5000转 /min，最后在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，光刻获得n型电极图形；

采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，该步骤大大 提高了剥离的成品率，而后采用VPC-1000电子束蒸发设备淀积Ti/Al/Ti/Au四层金属；

在丙酮中浸泡40min以上后进行超声处理，然后用氮气吹干。将样片放入到快速 退火炉中，首先向退火炉内通入氮气10min左右，然后在氮气气氛下，温度为870℃ 条件下进行40s的高温退火，形成n型电极。

第四步，在p型GaN冒层上光刻出p型电极的图形，采用电子束蒸发工艺，在 电极图形区蒸发p型欧姆接触金属，形成p型电极。

首先在样片上甩黏附剂，甩胶台的转速为8000转/min，时间为30s，将其放入温 度为160℃的高温烘箱中烘20min；之后再在该样片上甩正胶，甩胶台的转速为5000 转/min，放入温度为80℃的高温烘箱中烘10min，光刻获得p型电极图形；

采用DQ-500等离子体去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，在p型电极 图形上采用VPC-1100电子束蒸发设备蒸发Ni/Au两层金属来作为p型电极；

将进行完上述处理的样片放入丙酮中浸泡20min以上后进行超声处理，然后用氮 气吹干，之后再将该样片放入到快速退火炉中，在空气气氛下，温度为560℃条件下 进行10min的高温退火，形成p型电极，完成器件制作。