新型深紫外发光二极管芯片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种新型深紫外发光二极管芯片，包括外延结构、位于所述外延结构上的P型金属电极层，P型金属电极层开设有若干个孔洞，且相邻两层孔洞所在位置相互对应；所述芯片还包括N型金属电极层与导联层，所述N型金属电极层包括若干列电极柱，每列电极柱包括若干个子电极柱，所述子电极柱一一连接在所述N‑AlGaN层的孔洞内，所述子电极柱的直径小于所述孔洞的直径；相邻两个所述子电极柱的中心间距相等。本发明专利技术还涉及一种新型深紫外发光二极管芯片的制备方法，与传统的长条形电极深紫外LED相比，本发明专利技术提出的深紫外发光二极管的墙插效率大幅度提高，工作产生的热损耗也大幅度降低，进一步提升了产品使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
新型深紫外发光二极管芯片及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件设计与制备领域，特别是涉及一种新型深紫外发光二极管芯片及其制备方法。
技术介绍
AlGaN基深紫外发光二极管因其广泛的应用领域，如空气净化、杀菌消毒、生化检测、光通讯等，而受到持续关注。采用金属有机化合物化学气相沉积法(MOCVD)在c面蓝宝石衬底上外延生长的晶圆片，因衬底蓝宝石绝缘的缘故，在器件制备的过程中，必须通过刻蚀的方法刻蚀晶圆片表面形成台面结构，即n型电极和p型电极在同一侧。在这种台面结构中，不可避免地存在横向电流扩展问题，导致电流集聚在台面边缘。而且随着AlGaN材料中Al组分的升高，施主离化能增加，载流子的迁移率降低，使得n-AlGaN层的电阻率较高，导致n侧电流扩展长度减少，电流分布更加不均匀。换句话说，高Al组分的AlGaN基深紫外LED比GaN基可见光和近紫外LED，具有更严重的电流拥堵问题。就深紫外LED的光效而言，不均匀的电流密度分布势必会导致有源区不均匀的载流子辐射复合，那么从有源区发出的光能逃逸到芯片之外的比例也将发生变化，因此不均匀的电流密度分布将会导致芯片光效下降。另一方面，在电流密集的地方会产生大量的焦耳热，特别是n型电极附近的有源区，由于大量载流子的注入，有源区中发生非辐射复合、俄歇复合的比例会相对增加，那么有源区将会受到不均匀的热分布以及温度导致的内、外量子效率下降。同时由于器件结温较高，局部过热将会引起金属的电迁移、材料老化等，加速器件退化，导致芯片失效。因此如何通过芯片电极结构设计来调控深紫外发光二极管的电流分布，获得高功率深紫外LED是一个急需解决的难题。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述提到的至少一个问题，提供一种新型深紫外发光二极管芯片及其制备方法。一种新型深紫外发光二极管芯片，包括外延结构、位于所述外延结构上的P型金属电极层，所述外延结构包括依次设置的衬底、N-AlGaN层、发光层、P-GaN层；所述N-AlGaN层、发光层、P-GaN层以及P型金属电极层均开设有若干个孔洞，且相邻两层孔洞所在位置相互对应；所述芯片还包括N型金属电极层与导联层，所述N型金属电极层包括若干列电极柱，每列电极柱包括若干个子电极柱，所述子电极柱一一连接在所述N-AlGaN层的孔洞内，所述子电极柱的直径小于所述孔洞的直径；相邻两个所述子电极柱的中心间距相等；所述导联层包括若干个连接柱，所述连接柱贯穿所述P型金属电极层与所述子电极柱一一连接。在其中一个实施例中，所述子电极柱的高度低于所述N-AlGaN层的高度。在其中一个实施例中，所述N型金属电极层包括5列电极柱，每列电极柱包括4个子电极柱，每个所述子电极柱的直径为100～110μm；两个相邻所述孔洞之间的中心距离为140～155μm。在其中一个实施例中，所述导联层还包括若干连接条，所述连接条连接在每列所述连接柱的顶端。在其中一个实施例中，所述N型金属电极层中的金属依次包括Ti/Al/Ti/Au，对应厚度依次为5nm/10nm/5nm/10nm；所述导联层的金属包括Cr和Au，总厚度为300nm。在其中一个实施例中，所述衬底为c面蓝宝石衬底，所述P-GaN层的金属包括Ni和Au，厚度分别为20nm与50nm。在其中一个实施例中，所述N-AlGaN层的边沿向内收缩形成预定厚度的台阶，所述预定厚度为600～800nm。本专利技术同时提供一种新型深紫外发光二极管芯片的制备方法，用于制备如上述的新型深紫外发光二极管芯片，包括下列步骤：S10：制作外延结构：生长外延结构，在外延结构上开设若干个孔洞；S20：制作N型金属电极层：蒸镀N型金属电极层并剥离形成若干列电极柱，退火第一预定时间；S30：制作P型金属电极层：蒸镀P型金属电极层并在所述P型金属电极层上剥离形成与所述外延结构上孔洞对应的若干个孔洞，退火第二预定时间；S40：制作导联层：蒸镀导联层并剥离形成若干个连接柱。在其中一个实施例中，所述步骤S20中第一预定时间为45s，退火温度为750℃～850℃；所述步骤S30中第二预定时间为5min，退火温度为500℃～550℃。在其中一个实施例中，所述步骤S10中还包括以光刻胶为掩膜，在BCl3和Cl2的混合气氛中采用等离子体在外延结构上蚀刻台阶结构。本专利技术提供的新型深紫外发光二极管芯片通过设计具有多孔结构尤其是蜂窝状结构的N型金属电极层，与传统的长条形电极深紫外LED相比，该深紫外发光二极管的串联电阻小，压降低，有利于电流均匀分布，降低电流拥堵效应，同时减少焦耳热的产生，能大大提高器件性能。此外，本专利技术提出的此结构芯片的墙插效率大幅度提高，工作产生的热损耗也大幅度降低，也进一步提升使用寿命。附图说明图1为本专利技术实施例中新型深紫外发光二极管芯片的结构示意图；图2为本专利技术实施例中金属电极层的分布结构示意图；图3为本专利技术实施例中新型深紫外发光二极管芯片制备方法流程图；图4为本专利技术实施例中新型深紫外发光二极管芯片与参照组(常规长条形)电极结构芯片的墙插效率对比图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：100-外延结构；110-衬底；120-AlN缓冲层；130-N-AlGaN层；200-N型金属电极层；310-发光层；320-P-GaN层；400-P型金属电极层；500-导联层；510-子电极柱；520-连接条；600-二氧化硅钝化层；610-镂空孔；700-焊盘金属层；710-凸台；800-孔洞。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术一实施例中提供了一种新型深紫外发光二极管芯片，如图1和图2所示，包括外延结构100、位于外延结构100上的P型金属电极层400，而外延结构100包括依次设置的衬底110、N-AlGaN层130、发光层310、P-GaN层320，另外，深紫外发光二极管芯片还包括位于发光层310与P-GaN层320之间的电子阻挡层，以及根据设计要求分别分布在芯片的各个部位的二氧化硅钝化层600和焊盘金属层700，在此不作更多赘述。本专利技术采用的外延结构100的主体结构具体包括蓝宝石衬底110，AlN缓冲层120，高Al组分N-AlGaN层130，发光层310(即量子阱区)，电子阻挡层和P-GaN层320，本专利技术采用高Al组分的N-AlGaN基材料外延片，其中N-AlGaN层130中Al组分的质量百分数至少为40％，更优选的，可采用55％。其中N-AlGaN层130、发光层310、P-GaN层320本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型深紫外发光二极管芯片，其特征在于，包括外延结构、位于所述外延结构上的P型金属电极层，所述外延结构包括依次设置的衬底、N‑AlGaN层、发光层、P‑GaN层；所述N‑AlGaN层、发光层、P‑GaN层以及P型金属电极层均开设有若干个孔洞，且相邻两层孔洞所在位置相互对应；所述芯片还包括N型金属电极层与导联层，所述N型金属电极层包括若干列电极柱，每列电极柱包括若干个子电极柱，所述子电极柱一一连接在所述N‑AlGaN层的孔洞内，所述子电极柱的直径小于所述孔洞的直径；相邻两个所述子电极柱的中心间距相等；所述导联层包括若干个连接柱，所述连接柱贯穿所述P型金属电极层与所述子电极柱一一连接。

【技术特征摘要】
1.一种新型深紫外发光二极管芯片，其特征在于，包括外延结构、位于所述外延结构上的P型金属电极层，所述外延结构包括依次设置的衬底、N-AlGaN层、发光层、P-GaN层；所述N-AlGaN层、发光层、P-GaN层以及P型金属电极层均开设有若干个孔洞，且相邻两层孔洞所在位置相互对应；所述芯片还包括N型金属电极层与导联层，所述N型金属电极层包括若干列电极柱，每列电极柱包括若干个子电极柱，所述子电极柱一一连接在所述N-AlGaN层的孔洞内，所述子电极柱的直径小于所述孔洞的直径；相邻两个所述子电极柱的中心间距相等；所述导联层包括若干个连接柱，所述连接柱贯穿所述P型金属电极层与所述子电极柱一一连接。2.根据权利要求1所述的新型深紫外发光二极管芯片，其特征在于，所述子电极柱的高度低于所述N-AlGaN层的高度。3.根据权利要求1所述的新型深紫外发光二极管芯片，其特征在于，所述N型金属电极层包括5列电极柱，每列电极柱包括4个子电极柱，每个所述子电极柱的直径为100～110μm；两个相邻所述孔洞之间的中心距离为140～155μm。4.根据权利要求1所述的新型深紫外发光二极管芯片，其特征在于，所述导联层还包括若干连接条，所述连接条连接在每列所述连接柱的顶端。5.根据权利要求1所述的新型深紫外发光二极管芯片，其特征在于，所述N型金属电极层中的金属依次包括Ti/Al/Ti/Au，对应厚度依次为5nm/10nm/5nm/10...

【专利技术属性】
技术研发人员：张爽，张会雪，王帅，戴江南，陈长清，
申请(专利权)人：华中科技大学鄂州工业技术研究院，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42