一种深紫外LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种深紫外LED芯片及其制备方法，深紫外LED芯片的N电极包括N型AlGaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、AlN/GaN超晶格欧姆接触层和P型GaN层；其中AlN/GaN超晶格由厚度为原子层级的掺杂或者不掺杂的AlN层和GaN层组成；采用激光直写等光刻的方法刻蚀P型GaN层，形成纳米级周期性图形，在P型GaN层上制备蒸镀透明导电层和由多层金属组成的P电极焊盘，N电极为由轻掺杂的P

A Deep Ultraviolet LED Chip and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种深紫外LED芯片及其制备方法
本专利技术属于半导体发光领域，涉及一种LED芯片，具体涉及一种深紫外LED芯片及其制备方法。
技术介绍
深紫外LED芯片在水和空气净化、生物医疗、光通讯和高密度存储等方面都具有很大的应用价值和前景。(1)由于P型AlGaN材料的禁带宽度大，与金属形成的接触势垒较高。不仅如此，随着Al原子摩尔组分的增加，接触势垒的高度也会随之增加，导致金属与高Al组分P型AlGaN间难以形成低阻欧姆接触，从而影响紫外LED芯片的光电性能。所以目前通常在P型AlGaN上制备一层P型GaN层，提高金属和P型GaN的欧姆接触性能。但是P型GaN对深紫外光有很强的吸收作用，从而降低了深紫外LED芯片的光提取效率。(2)此外，N型AlGaN与N电极金属的欧姆接触需要在较高的温度下才能形成，高温退火将会破坏P型AlGaN与P电极金属形成的欧姆接触。为了避免此种影响，可以采用先制备N型欧姆接触电极，再制备P型欧姆接触电极，但是此时P型欧姆接触电极制备的退火过程中也会影响N型欧姆接触电极的接触性能。(3)高Al组分AlGaN材料的电阻率教高，当深紫外LED芯片的注入电流较大时，芯片电流聚集现象将会更加严重。现有技术中LED芯片的P电极和N电极往往同时制备在一个导电衬底上，这样两个电极在退火过程中会相互影响，很难达到均衡，因此急需一种技术能够将P电极和N电极分开制备，减少退火的相互影响，并降低芯片电流聚集现象。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，提出一种提高紫外LED芯片欧姆接触性能、光提取效率以及芯片电流扩展性能的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种深紫外LED芯片，其特征在于；包括导电衬底以及位于导电衬底上的P电极和隧穿型N电极，所述P电极依次包括N型AlGaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、AlN/GaN超晶格欧姆接触层和图形化的P型GaN层，所述P型GaN层上设有透明导电层，所述透明导电层上设有P电极焊盘；所述隧穿型N电极和P电极中至少一个生长于绝缘衬底上并通过键合方式转移到所述导电衬底上。作为改进，所述隧穿型N电极包括隧穿结构和N电极焊盘，所述隧穿结构包括轻掺杂的P-型AlGaN层、重掺杂的P++型AlGaN层、重掺杂的N++型AlGaN层和轻掺杂的N-型AlGaN层，其中P-型AlGaN层中部设有孔槽，所述重掺杂的P++型AlGaN层和重掺杂的N++型AlGaN层设于孔槽内，所述N-型AlGaN层位于P-型AlGaN层顶部，将P++型AlGaN层和N++型AlGaN层覆盖在P-型AlGaN层的孔槽内，所述N电极焊盘设于N-型AlGaN层上表面。作为改进，所述P-型AlGaN层中部的孔槽为圆孔槽。作为改进，所述AlN/GaN超晶格欧姆接触层由原子层级厚度的AlN层和GaN层组成，其中AlN层和GaN层采用Mg掺杂的方式提高欧姆接触性能。作为改进，所述P电极中P型GaN层的厚度为10nm～15nm，图形化后P型GaN层的最薄厚度为1nm～2nm。作为改进，所述P电极中P型GaN层的图形为列状排列的凹槽，该图形采用激光直写方法刻蚀。作为改进，所述隧穿型N电极的隧穿结采用外延生长的方法制备，首先生长轻掺杂的P-型AlGaN层，然后采用刻蚀的方法在轻掺杂的P-型AlGaN层上制备圆孔状的图形，圆孔的直径为100μm～200μm，继续在圆孔内外延生长重掺杂的P++型AlGaN层和重掺杂的N++型AlGaN层，继续外延生长轻掺杂的N-型AlGaN层，轻掺杂的N-型AlGaN层在重掺杂的N++型AlGaN层和轻掺杂的P-型AlGaN层上方。一种深紫外LED芯片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、准备导电衬底，并在导电衬底上划分P电极区和N电极区；步骤2、在导电衬底的P电极区上利用外延生长法制备P电极，具体步骤如下：步骤2.1、在导电衬底上利用外延法依次生长N型AlGaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、AlN/GaN超晶格欧姆接触层和P型GaN层；步骤2.2、对P型GaN层进行图形化，制备纳米级周期性图形；步骤2.3、在图形化的P型GaN层上蒸镀透明导电层，在透明导电层沉积多层金属制成P电极焊盘；步骤3、在绝缘衬底上利用外延生长法制备隧穿型N电极，具体步骤如下：步骤3.1、首先在绝缘衬底上生长轻掺杂的P-型AlGaN层；步骤3.2、采用刻蚀的方法在轻掺杂的P-型AlGaN层上制备圆孔状的图形；步骤3.3、在轻掺杂的P-型AlGaN层圆孔内依次外延生长重掺杂的P++型AlGaN层和重掺杂的N++型AlGaN层；步骤3.4、在重掺杂的N++型AlGaN层上外延生长轻掺杂的N-型AlGaN层，使得轻掺杂的N-型AlGaN层覆盖在轻掺杂的P-型AlGaN层顶部；步骤3.5、在轻掺杂的N-型AlGaN层上上沉积多层金属并制备N电极焊盘；步骤3.6、采用激光剥离的方法剥离绝缘衬底，得到隧穿型N电极；步骤4、将剥离出的隧穿型N电极采用Au/IN键合的方法键合到步骤1中的导电衬底的N电极区，即制得深紫外LED芯片。一种深紫外LED芯片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、准备导电衬底，并在导电衬底上划分P电极区和N电极区；步骤2、在绝缘衬底上利用外延生长法制备P电极，具体步骤如下：步骤2.1、在导电衬底上利用外延法依次生长N型AlGaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、AlN/GaN超晶格欧姆接触层和P型GaN层；步骤2.2、对P型GaN层进行图形化，制备纳米级周期性图形；步骤2.3、在图形化的P型GaN层上蒸镀透明导电层，在透明导电层沉积多层金属制成P电极焊盘；步骤2.4、采用激光剥离的方法剥离绝缘衬底，得到P电极；步骤3、将剥离出的P电极采用Au/IN键合的方法键合到步骤1中的导电衬底的P电极区；步骤4、另选一个绝缘衬底，在绝缘衬底上利用外延生长法制备隧穿型N电极，具体步骤如下：步骤4.1、首先在绝缘衬底上生长轻掺杂的P-型AlGaN层；步骤4.2、采用刻蚀的方法在轻掺杂的P-型AlGaN层上制备圆孔状的图形；步骤4.3、在轻掺杂的P-型AlGaN层圆孔内依次外延生长重掺杂的P++型AlGaN层和重掺杂的N++型AlGaN层；步骤4.4、在重掺杂的N++型AlGaN层上外延生长轻掺杂的N-型AlGaN层，使得轻掺杂的N-型AlGaN层覆盖在轻掺杂的P-型AlGaN层顶部；步骤4.5、在轻掺杂的N-型AlGaN层上上沉积多层金属并制备N电极焊盘；步骤4.6、采用激光剥离的方法剥离绝缘衬底，得到隧穿型N电极；步骤5、将剥离出的隧穿型N电极采用Au/IN键合的方法键合到步骤1中的导电衬底的N电极区，即制得深紫外LED芯片。一种深紫外LED芯片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、准备导电衬底，并在导电衬底上划分P电极区和N电极区；步骤2、在导电衬底的N电极区利用外延生长法制备隧穿型N电极，具体步骤如下：步骤2.1、首先在导电衬底上生长轻掺杂的P-型AlGaN层；步骤2.2、采用刻蚀的方法在轻掺杂的P-型AlGaN层上制备圆孔状的图形；步骤2.3、在轻掺杂的P-型AlGaN层圆孔内依次外延生长重掺杂的P++型AlGaN层和重掺杂的N++型AlGaN层；步骤2.4、在重掺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深紫外LED芯片，其特征在于；包括导电衬底以及位于导电衬底上的P电极和隧穿型N电极，所述P电极依次包括N型AlGaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、AlN/GaN超晶格欧姆接触层和图形化的P型GaN层，所述P型GaN层上设有透明导电层，所述透明导电层上设有P电极焊盘；所述隧穿型N电极和P电极中至少一个生长于绝缘衬底上并通过键合方式转移到所述导电衬底上。

【技术特征摘要】
1.一种深紫外LED芯片，其特征在于；包括导电衬底以及位于导电衬底上的P电极和隧穿型N电极，所述P电极依次包括N型AlGaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、AlN/GaN超晶格欧姆接触层和图形化的P型GaN层，所述P型GaN层上设有透明导电层，所述透明导电层上设有P电极焊盘；所述隧穿型N电极和P电极中至少一个生长于绝缘衬底上并通过键合方式转移到所述导电衬底上。2.如权利要求1所述的深紫外LED芯片，其特征在于：所述隧穿型N电极包括隧穿结构和N电极焊盘，所述隧穿结构包括轻掺杂的P-型AlGaN层、重掺杂的P++型AlGaN层、重掺杂的N++型AlGaN层和轻掺杂的N-型AlGaN层，其中P-型AlGaN层中部设有孔槽，所述重掺杂的P++型AlGaN层和重掺杂的N++型AlGaN层设于孔槽内，所述N-型AlGaN层位于P-型AlGaN层顶部，将P++型AlGaN层和N++型AlGaN层覆盖在P-型AlGaN层的孔槽内，所述N电极焊盘设于N-型AlGaN层上表面。3.如权利要求2所述的深紫外LED芯片，其特征在于：所述P-型AlGaN层中部的孔槽为圆孔槽。4.如权利要求1或2所述的深紫外LED芯片，其特征在于：所述AlN/GaN超晶格欧姆接触层由原子层级厚度的AlN层和GaN层组成，其中AlN层和GaN层采用Mg掺杂的方式提高欧姆接触性能。5.如权利要求1或2所述的深紫外LED芯片，其特征在于：所述P电极中P型GaN层的厚度为10nm～15nm，图形化后P型GaN层的最薄厚度为1nm～2nm。6.如权利要求5所述的深紫外LED芯片，其特征在于：所述P电极中P型GaN层的图形为列状排列的凹槽，该图形采用激光直写方法刻蚀。7.如权利要求2所述的深紫外LED芯片，其特征在于：所述隧穿型N电极的隧穿结采用外延生长的方法制备，首先生长轻掺杂的P-型AlGaN层，然后采用刻蚀的方法在轻掺杂的P-型AlGaN层上制备圆孔状的图形，圆孔的直径为100μm～200μm，继续在圆孔内外延生长重掺杂的P++型AlGaN层和重掺杂的N++型AlGaN层，继续外延生长轻掺杂的N-型AlGaN层，轻掺杂的N-型AlGaN层在重掺杂的N++型AlGaN层和轻掺杂的P-型AlGaN层上方。8.一种深紫外LED芯片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、准备导电衬底，并在导电衬底上划分P电极区和N电极区；步骤2、在导电衬底的P电极区上利用外延生长法制备P电极，具体步骤如下：步骤2.1、在导电衬底上利用外延法依次生长N型AlGaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、AlN/GaN超晶格欧姆接触层和P型GaN层；步骤2.2、对P型GaN层进行图形化，制备纳米级周期性图形；步骤2.3、在图形化的P型GaN层上蒸镀透明导电层，在透明导电层沉积多层金属制成P电极焊盘；步骤3、在绝缘衬底上利用外延生长法制备隧穿型N电极，具体步骤如下：步骤3.1、首先在绝缘衬底上生长轻掺杂的P-型AlGaN层；步骤3.2、采用刻蚀的方法在轻掺杂的P-型AlGaN层上制备圆孔状的图形；步骤3.3、在轻掺杂的P-型AlGaN层圆孔内依次外延生长重掺杂的P++型AlGaN层和重掺杂的N++型AlGaN层；步骤3.4、在重掺杂的N++型AlGaN层上外延生长轻掺杂的N-型AlGaN层，使得轻掺杂的N-型AlGaN层覆盖在轻掺杂的P-...

【专利技术属性】
技术研发人员：周圣军，刘梦玲，徐浩浩，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42