一种紫外LED垂直芯片结构制造技术

本发明专利技术属于紫外LED领域，尤其涉及一种紫外LED垂直芯片结构。本发明专利技术提供了一种紫外LED垂直芯片结构，包括：依次设置的n型电极、第一衬底、第一外延层和p型电极；所述第一外延层包括依次叠加的缓冲及成核层、AlN/AlGaN超晶格和n型AlGaN层；所述缓冲及成核层与所述第一衬底叠加；所述缓冲及成核层为异质结构的BN层；所述第一衬底为微型纳米图形化蓝宝石衬底。本发明专利技术通过在微型纳米图形化蓝宝石衬底的表面上叠加了异质结构的BN层，BN材料熔点高、热稳定性好，最大限度地从根源上提高了紫外LED外延层结构中的材料质量以及晶体横向生长的速率、降低了位错密度、有效地缓解了异质衬底与外延层的应力。

【技术实现步骤摘要】
一种紫外LED垂直芯片结构
本专利技术属于紫外LED领域，尤其涉及一种紫外LED垂直芯片结构。
技术介绍
随着LED技术的发展、输出性能的提升、生产成本的降低，与目前的紫外光源相比，LED具有使用寿命长、高效率、稳定可靠、亮度均匀以及不含有毒物质等优点，在杀菌消毒、光固化以及通用照明等领域的广泛应用，近年来也越来越受到半导体照明行业的关注。但是，目前在纳米图形化衬底模板、氮化物外延材料生长等过程中，由于外延层结构之间中存在着裂纹、晶格失配、内部残余应力，衬底和外延层之间存在着较大的晶格失配，而造成了晶体质量差等问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种紫外LED垂直芯片结构，用于解决现有技术中外延层结构之间中存在着裂纹、晶格失配、内部残余应力，衬底和外延层之间存在着较大的晶格失配，而造成了晶体质量差等的问题。本专利技术的具体技术方案如下：一种紫外LED垂直芯片结构，包括：依次设置的n型电极、第一衬底、第一外延层和p型电极；所述第一外延层包括依次叠加的缓冲及成核层、AlN/AlGaN超晶格和n型AlGaN层；所述缓冲及成核层与所述第一衬底叠加；所述缓冲及成核层为异质结构的BN层；所述第一衬底为微型纳米图形化蓝宝石衬底。进一步的，还包括：第二外延层；所述第二外延层包括依次叠加的量子阱有源区、电子阻挡层、p型AlGaN层和p型GaN覆盖层；所述第二外延层设置于所述第一外延层与所述p型电极之间；所述量子阱有源区与所述n型AlGaN层叠加。优选的，所述第二外延层设置有空隙；所述空隙贯穿于所述量子阱有源区、所述电子阻挡层、所述p型AlGaN层和所述p型GaN覆盖层；所述空隙为纳米级空隙，所述纳米级空隙的宽度由所述量子阱有源区至所述p型GaN覆盖层依次变大。进一步的，还包括：第二衬底；所述第二衬底通过连接层设置于所述第二外延层与所述p型电极之间。优选的，所述第二衬底朝向所述p型电极的表面叠加有导电薄膜层；所述导电薄膜层为石墨烯层。优选的，所述连接层和所述第二外延层之间叠加有薄膜反射层和悬空导电层；所述薄膜反射层和所述连接层接触；所述悬空导线层和所述p型GaN覆盖层接触。优选的，所述第一衬底、所述缓冲及成核层和所述AlN/AlGaN超晶格设置有凹槽；所述凹槽贯穿于所述第一衬底、所述缓冲及成核层和所述AlN/AlGaN超晶格；所述凹槽为梯形凹槽。优选的，所述梯形凹槽内设置有隔离层和金属栓；所述隔离层环绕于所述金属栓。优选的，所述n型电极和所述第一衬底之间设置有n型欧姆接触层；所述p型电极和所述导电薄膜层之间设置有p型欧姆接触层。优选的，所述第二衬底为微型纳米图形化硅衬底。综上所述，本专利技术提供了一种紫外LED垂直芯片结构，包括：依次设置的n型电极、第一衬底、第一外延层和p型电极；所述第一外延层包括依次叠加的缓冲及成核层、AlN/AlGaN超晶格和n型AlGaN层；所述缓冲及成核层与所述第一衬底叠加；所述缓冲及成核层为异质结构的BN层；所述第一衬底为微型纳米图形化蓝宝石衬底。本专利技术中，通过在第一衬底的表面上叠加了异质结构的缓冲及成核层，BN材料熔点高、热稳定性好，第一衬底为微型纳米图形化蓝宝石衬底，最大限度地从根源上提高了紫外LED外延层结构中的材料质量以及晶体横向生长的速率、降低了位错密度、有效地缓解了异质衬底与外延层的应力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例中的一种紫外LED垂直芯片结构的结构示意图；图示说明：1.第一衬底；2.缓冲及成核层；3.AlN/AlGaN超晶格；4.n型AlGaN层；5.空隙；6.量子阱有源区；7.电子阻挡层；8.p型AlGaN层；9.p型GaN覆盖层；10.悬空导电层；11.薄膜反射层；12.n型欧姆接触层；13.n型电极；14.连接层；15.第二衬底；16.导电薄膜层；17.p型欧姆接触层；18.p型电极；19.钝化层；20.金属栓；21.隔离层。具体实施方式本专利技术提供了一种紫外LED垂直芯片结构，用于解决现有技术中外延层结构之间中存在着裂纹、晶格失配、内部残余应力，异质衬底和外延层之间存在着较大的晶格失配，而造成了晶体质量差等的问题。下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种紫外LED垂直芯片结构，包括：依次设置的n型电极13、第一衬底1、第一外延层和p型电极18；第一外延层包括依次叠加的缓冲及成核层2、AlN/AlGaN超晶格3和n型AlGaN层4；缓冲及成核层2与第一衬底1叠加；缓冲及成核层2为异质结构的BN层；第一衬底1为微型纳米图形化蓝宝石衬底。本专利技术实施例中，通过在第一衬底1的表面上叠加了异质结构的BN层，BN材料熔点高、热稳定性好，第一衬底1为微型纳米图形化蓝宝石衬底，最大限度地从根源上提高了紫外LED外延层结构中的材料质量以及晶体横向生长的速率、降低了位错密度、有效地缓解了第一衬底1与第一外延层的应力。并且，通过设置BN缓冲层，避免了后期垂直倒装结构深紫外LED封装过程中LED外延结构中的蓝宝石衬底及缓冲层难剥离的障碍，甚至还减弱了在剥离过程中可能出现的损伤等危害。本专利技术实施例中，AlN/AlGaN超晶格3的厚度为0.8～1.4μm；n型AlGaN层4为重掺杂n型AlGaN层，厚度为2μm。其中，AlN/AlGaN超晶格3为多周期相互间隔分布结构，设置了20个周期。其中，每个周期中的AlN/AlGaN超晶格3中包含大约20～35nm厚的AlN层和20～35nm厚的AlGaN层。进一步的，还包括：第二外延层；第二外延层包括依次叠加的量子阱有源区6、电子阻挡层7、p型AlGaN层8和p型GaN覆盖层9；第二外延层设置于第一外延层与p型电极18之间；量子阱有源区6与n型AlGaN层4叠加。本专利技术实施例中，第二外延层设置有空隙5；空隙5贯穿于量子阱有源区6、电子阻挡层7、p型AlGaN层8和p型GaN覆盖层9；空隙5为纳米级空隙，纳米级空隙的宽度由量子阱有源区6至p型GaN覆盖层9依次变大。本专利技术实施例中，n型AlGaN层4的表面设置有第二外延层，电子阻挡层为p型AlGaN层，间隙5的数量为三个或三个以上，形成微型纳米柱阵列。间隙5中进入空气，形成空气间隙。具有微型纳米柱阵列结构的第二外延层依次包括：约62.5nm厚的量子阱有源区6、约60nm厚的电子阻挡层7，约10nm厚的p型AlGaN层8和约100nm厚的p型GaN覆盖层9。本专利技术通过设置含有空气间隙的倾斜的微型纳米柱阵列，使得微型纳米柱阵列中的有源区之间被空气相互贯通，进而利用这两种界面之间的全反射以及倾斜界面的光线散射效应，来增强深紫外LED的出光效率。n型AlGaN层4的表面为粗化表面，进一步增强了具有微型纳米柱的LED第二外延层结构在竖直方向上n型AlGaN层4界面处的反光效率，使得LED外延芯片的出光效率增大，提高了LED的光输出强度。本专利技术实施例中，量子阱有源区6为AlGaN/AlGaN量子阱有源区，AlGaN/AlGaN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外LED垂直芯片结构，其特征在于，包括：依次设置的n型电极、第一衬底、第一外延层和p型电极；所述第一外延层包括依次叠加的缓冲及成核层、AlN/AlGaN超晶格和n型AlGaN层；所述缓冲及成核层与所述第一衬底叠加；所述缓冲及成核层为异质结构的BN层；所述第一衬底为微型纳米图形化蓝宝石衬底。

【技术特征摘要】
1.一种紫外LED垂直芯片结构，其特征在于，包括：依次设置的n型电极、第一衬底、第一外延层和p型电极；所述第一外延层包括依次叠加的缓冲及成核层、AlN/AlGaN超晶格和n型AlGaN层；所述缓冲及成核层与所述第一衬底叠加；所述缓冲及成核层为异质结构的BN层；所述第一衬底为微型纳米图形化蓝宝石衬底。2.根据权利要求1所述的紫外LED垂直芯片结构，其特征在于，还包括：第二外延层；所述第二外延层包括依次叠加的量子阱有源区、电子阻挡层、p型AlGaN层和p型GaN覆盖层；所述第二外延层设置于所述第一外延层与所述p型电极之间；所述量子阱有源区与所述n型AlGaN层叠加。3.根据权利要求2所述的紫外LED垂直芯片结构，其特征在于，所述第二外延层设置有空隙；所述空隙贯穿于所述量子阱有源区、所述电子阻挡层、所述p型AlGaN层和所述p型GaN覆盖层；所述空隙为纳米级空隙，所述纳米级空隙的宽度由所述量子阱有源区至所述p型GaN覆盖层依次变大。4.根据权利要求2所述的紫外LED垂直芯片结构，其特征在于，还包括：第二衬底；所述第二衬底通过连接层设置于所述第二外延层与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何苗，杨思攀，王润，赵韦人，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44