一種垂直結構的大功率深紫外LED芯片制造技術

本實用新型專利技術公開了一種垂直結構的大功率深紫外LED芯片，包括P型摻雜GaN單晶襯底，所述P型摻雜GaN單晶襯底包括第一表面和第二表面，所述第一表面設置有納米圖形化結構層，所述納米圖形化結構層表面外延電子阻擋層超晶格結構，所述電子阻擋層超晶格結構上依次外延有MQWs發光層、n

【技術實現步驟摘要】
一種垂直結構的大功率深紫外LED芯片


[0001]本技術屬于半導體芯片制造
，具體地涉及一種垂直結構的大功率深紫外LED芯片。

技術介紹

[0002]深紫外LED可以廣泛應用在諸如醫院，空調系統，消毒柜，水處理設備，飲水機，污水處理廠，游泳池，食品飲料加工，快遞包裹及包裝設備上的殺菌。在深紫外LED出現之前人們通常采用汞燈發出紫外光對環境進行消毒殺菌，深紫外LED與傳統汞燈相比有很多優點，它比汞燈可靠度高，無需預熱即刻達到100%功率紫外輸出；深紫外LED無有毒物質汞，不會對環境造成汞污染，工作時也不會產生臭氧等對人體有害的氣體；深紫外LED較汞燈使用壽命更長，壽命不會受到開關頻率次數的影響；深紫外LED是電致發光，還具有開關響應時間快的優點。
[0003]雖然深紫外LED有這么多優點，但是傳統深紫外LED的發光效率低下和芯片散熱問題一直困擾著整個產業界。由于外延層中p
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GaN接觸層和p
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EBL電子阻擋層對紫外光具有吸光的弊端，傳統深紫外LED基本都采用倒裝的方式從n
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AlGaN電流擴散層和接觸層一側出光。傳統深紫外LED都是外延生長在藍寶石襯底上的，藍寶石襯底與AlGaN材料之間存在晶格失配，必須插入AlN緩沖層進行過渡，倒裝的深紫外LED芯片發出的紫外光還要經過AlN緩沖層和藍寶石襯底兩種材料的吸收損耗之后才能達到外界，發光效率會進一步降低。本技術因此而來。

技術實現思路

[0004]針對上述存在的技術問題，本技術的目的是：提供一種垂直結構的大功率深紫外LED芯片，采用逆向外延的方式，直接在p
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GaN納米圖形化襯底上外延制備p
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EBL超晶格電子阻擋層，MQWs發光層，n
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AlGaN電流擴散層，n
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AlGaN接觸層，并在芯片正面和芯片背面制備了垂直結構的N電極和p電極，無需采用倒裝方式，紫外光可以直接從芯片正面發出，避免了處于芯片背面的p
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GaN接觸層和p
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EBL電子阻擋層的吸光，在芯片的正面MQWs發光層發出的紫外光只需經過n
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AlGaN電流擴散層，n
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AlGaN接觸層兩層就能達到外界，更有效的提高了紫外光出光效率。
[0005]本技術的技術方案是：
[0006]一種垂直結構的大功率深紫外LED芯片，包括P型摻雜GaN單晶襯底，所述P型摻雜GaN單晶襯底包括第一表面和第二表面，所述第一表面設置有納米圖形化結構層，所述納米圖形化結構層表面外延電子阻擋層超晶格結構，所述電子阻擋層超晶格結構上依次外延有MQWs發光層、n
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AlGaN電流擴散層和n
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AlGaN接觸層，所述n
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AlGaN接觸層上設置有透明網格電極和N電極，所述第二表面設置有p電極。
[0007]優選的技術方案中，所述納米圖形化結構層包括多個呈周期性排布的凸錐或者凹坑。
[0008]優選的技術方案中，所述凸錐/凹坑的排布周期為1～2um，所述凸錐/凹坑的高度/深度為300～500nm，所述凸錐/凹坑的底寬/口徑為300～700nm。
[0009]優選的技術方案中，所述電子阻擋層超晶格結構由多個周期鋁組分不同的p
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AlGaN/AlGaN組成。
[0010]優選的技術方案中，所述電子阻擋層超晶格結構的周期為6～10個周期，所述p
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AlGaN的鋁組分為45%～50%，所述AlGaN的鋁組分為50%～55%。
[0011]優選的技術方案中，所述透明網格電極呈等間距經緯分布，電極的厚度為150～250nm，線寬尺寸為10～20um，間距為50～100um。
[0012]優選的技術方案中，所述透明網格電極上表面設置有鈍化層，所述鈍化層覆蓋整個透明網格電極。
[0013]優選的技術方案中，所述N電極與透明網格電極接觸相連，位于芯片的一個邊角處并處于透明網格電極上方。
[0014]優選的技術方案中，所述p電極覆蓋整個所述P型摻雜GaN單晶襯底的第二表面。
[0015]優選的技術方案中，所述p電極通過共晶焊焊接于散熱沉。
[0016]與現有技術相比，本技術的優點是：
[0017]1、采用逆向外延的方式，直接在p
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GaN納米圖形化襯底上外延制備p
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EBL超晶格電子阻擋層，MQWs發光層，n
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AlGaN電流擴散層，n
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AlGaN接觸層，并在芯片正面和芯片背面制備了垂直結構的N電極和p電極，無需采用倒裝方式，紫外光可以直接從芯片正面發出，避免了處于芯片背面的p
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GaN接觸層和p
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EBL電子阻擋層的吸光，在芯片的正面MQWs發光層發出的紫外光只需經過n
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AlGaN電流擴散層，n
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AlGaN接觸層兩層就能達到外界，更有效的提高了紫外光出光效率。
[0018]2、該芯片具有p型大電極，可用于共晶焊，將整個芯片底部無縫焊接在散熱沉上，有效的將深紫外LED芯片的PN結溫快速從芯片底部導出，更有利于芯片的散熱。在芯片頂部設計有ITO透明網格電極，一方面可以使得芯片垂直電流密度均勻分散分布，減少芯片因電流密度集中帶來的PN結溫升高等散熱和可靠性問題，可用于制備大功率深紫外LED芯片，另一方面ITO透明網格電極呈網格狀，網格中不被ITO覆蓋的區域紫外光透過率會更高，紫外光的出光效率也就更高。
[0019]3、制備的納米圖形化結構層一方面有利于芯片底部紫外光的全反射，另一方面有利于減少頂部外延結構層的應力問題。p
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EBL電子阻擋層制備成多周期的超晶格結構，同樣也是為了減少頂部外延結構層的應力問題，提高頂部外延結構層的晶體質量。并且p
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GaN納米圖形化襯底直接充當p
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GaN接觸層，無需引入AlN緩沖層，使得芯片結構更簡單，更適合制備大功率深紫外LED芯片，具有廣泛的應用前景。
附圖說明
[0020]下面結合附圖及實施例對本技術作進一步描述：
[0021]圖1為本技術P型摻雜GaN單晶襯底的結構示意圖；
[0022]圖2為本技術垂直結構的大功率深紫外LED芯片的結構示意圖；
[0023]圖3為本技術N電極和透明網格電極在芯片正面的分布示意圖。
具體實施方式
[0024]為使本技術的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合具體實施方式并參照附圖，對本技術進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本技術的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本技術的概念。
[0025]實施例：
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種垂直結構的大功率深紫外LED芯片，其特征在于，包括P型摻雜GaN單晶襯底，所述P型摻雜GaN單晶襯底包括第一表面和第二表面，所述第一表面設置有納米圖形化結構層，所述納米圖形化結構層表面外延電子阻擋層超晶格結構，所述電子阻擋層超晶格結構上依次外延有MQWs發光層、n
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AlGaN電流擴散層和n
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AlGaN接觸層，所述n
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AlGaN接觸層上設置有透明網格電極和N電極，所述第二表面設置有p電極。2.根據權利要求1所述的垂直結構的大功率深紫外LED芯片，其特征在于，所述納米圖形化結構層包括多個呈周期性排布的凸錐或者凹坑。3.根據權利要求2所述的垂直結構的大功率深紫外LED芯片，其特征在于，所述凸錐/凹坑的排布周期為1～2um，所述凸錐/凹坑的高度/深度為300～500nm，所述凸錐/凹坑的底寬/口徑為300～700nm。4.根據權利要求1所述的垂直結構的大功率深紫外LED芯片，其特征在于，所述電子阻擋層超晶格結構由多個...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王峰，趙海琴，
申請(專利權)人：蘇州瑞而美光電科技有限公司，
類型：新型
國別省市：