深紫外半导体发光器件、其制作方法及深紫外消杀装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种深紫外半导体发光器件、其制作方法及深紫外消杀装置。所述器件包括：半导体结构、P型电极和N型电极，半导体结构包括沿指定方向依次设置的缓冲层、N型层、多量子阱层和P型层，缓冲层和N型层均具有孔洞结构；P型电极包括高功函数材料层和金属电极层，高功函数材料层与P型层电性接触，金属电极层设置在高功函数材料层上；N型电极与N型层电性接触；金属电极层包括沿指定方向依次设置在高功函数材料层上的反射金属层和保护金属层。本发明专利技术中的P型电极整体表现出来良好的深紫外反射性能，并显著降低了P型电极对紫外光的吸收，大幅提高了光提取效率，配合具有孔洞结构的缓冲层和N型层，最终获得了优异的深紫外发光效率。最终获得了优异的深紫外发光效率。最终获得了优异的深紫外发光效率。

【技术实现步骤摘要】
深紫外半导体发光器件、其制作方法及深紫外消杀装置


[0001]本专利技术涉及第三代半导体
，尤其涉及一种深紫外半导体发光器件、其制作方法及具有深紫外半导体发光器件的深紫外消杀装置。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的不断发展，深紫外发光二极管（Light Emitting Diode，LED）器件在空气和水的净化、消毒、紫外医疗、高密度光学存储系统等领域得到了广泛的应用。
[0003]然而经过多年的研究，目前深紫外LED光源仍然存在一些问题：例如，迄今为止深紫外LED都没有取得较大的外量子效率，原因主要是光提取效率低下，其内在原因主要包括p型接触层（即P型电极层）对紫外光的吸收、多层结构中深紫外光的全内反射（Total Internal Reflection，TIR）损失。
[0004]在现有的一些深紫外LED芯片中，为了使得P型半导体层获得较好的欧姆接触效果以及更高的空穴浓度，通常使用高功函数的金属镍作为欧姆接触电极，但传统的制作工艺在形成金属电极之后，通常需要使用退火工艺对P型层中的杂质进行激活，在退火工艺中，镍金属容易分散聚集形成分开离散的纳米颗粒或容易膨胀而造成接触性能变差，因此，需要改进深紫外半导体发光器件的P型半导体层的欧姆接触电极，希望在保证P型半导体层获得较高的空穴浓度同时，提高电极的稳定性，并提高欧姆接触电极的反射性能，增大深紫外LED的出光效率。
[0005]因此，亟需一种能够提高深紫外LED发光效率的器件结构，以拓展相关的应用领域，尤其是在紫外消杀中的应用。r/>
技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种深紫外半导体发光器件、其制作方法及深紫外消杀装置。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：第一方面，本专利技术提供一种深紫外半导体发光器件，其包括：半导体结构，其包括沿指定方向依次设置的缓冲层、N型层、多量子阱层和P型层，所述缓冲层和N型层均具有孔洞结构；P型电极，其包括高功函数材料层和金属电极层，所述高功函数材料层与P型层电性接触，所述金属电极层设置在高功函数材料层上；N型电极，其与N型层电性接触；其中，所述金属电极层包括沿指定方向依次设置在高功函数材料层上的反射金属层和保护金属层。
[0008]进一步地作为上述技术方案的优选，高功函数材料层的紫外吸收率最好能够在5%以下。从光反射和透过的角度来说，最终形成的深紫外半导体发光器件从P型电极的相对一面发射紫外光，朝向P型电极一侧的紫外光应当被反射，所选择的高功函数材料层，例如氧
化钼层有效保证对紫外光线的反射，而不会吸收紫外光线，反射金属层也能够进一步地反射紫外光，紫外光线经过氧化钼层一部分透过，一部分被反射，只有低于5%的紫外光被吸收，因此，无论替换为其他各种材质的高功函数材料层，其紫外吸收率最好控制在5%以下。
[0009]进一步地，所述缓冲层和N型层所含孔洞均为沿指定方向闭合的孔洞，当定义在缓冲层的第一截面上孔洞所占的面积与该第一截面的面积的比值为P1，在N型层的第二截面上孔洞所占的面积与该第二截面的面积的比值为P2时，则P1为40
‑
60%，P2为30
‑
50%，所述第一截面与第二截面相互平行，并垂直于指定方向。
[0010]进一步地，所述半导体结构中设有至少一个开口部，所述开口部自P型层表面延伸至N型层表面或内部，所述N型电极设置于所述开口部内，并且所述N型电极的一端暴露在开口部的外部，另一端与N型层电性接触；进一步地，所述N型电极、P型电极分别与N型层、P型层形成欧姆接触；进一步地，所述深紫外半导体发光器件还包括键合衬底和键合电极，所述键合衬底通过键合电极与所述N型电极以及P型电极键合；进一步地，所述缓冲层远离N型层的表面为出光面，且所述出光面上分布有微纳结构。
[0011]进一步地，所述高功函数材料层的厚度为1
‑
20nm，所述反射金属层的厚度为70
‑
100nm，所述保护金属层的厚度为20
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40nm；进一步地，所述高功函数材料层的材质包括氧化钼，所述反射金属层的材质包括金属铝，所述保护金属层的材质包括金；进一步地，所述缓冲层的厚度为300
‑
700nm；进一步地，所述N型层的厚度为500
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900nm；进一步地，所述缓冲层的材质包括AlN，所述N型层的材质包括AlGaN；进一步地，所述P型层包括沿指定方向依次设置的P型AlGaN阻挡层、P型AlGaN层和P型GaN层，其中P型AlGaN阻挡层的厚度为8
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20nm，P型AlGaN层的厚度为20
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50nm，P型GaN层的厚度为30
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80nm；进一步地，所述多量子阱层包括沿指定方向交替设置的Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层和Al
y
Ga1‑
y
N量子垒层，其中，0＜x＜y＜1。
[0012]第二方面，本专利技术还提供一种深紫外半导体发光器件的制作方法，其包括：在衬底上沿指定方向依次生长具有孔洞结构的缓冲层、具有孔洞结构的N型层、多量子阱层和P型层，以形成半导体结构；制作P型电极，包括在P型层上沿指定方向设置高功函数材料层和金属电极层，并使P型电极与P型层电性接触，其中，所述金属电极层包括沿指定方向依次设置在高功函数材料层上的反射金属层和保护金属层；制作N型电极，并使所述N型电极与N型层电性接触。
[0013]进一步地，所述制作方法具体包括：于所述衬底上生长缓冲层的底层，之后对所述缓冲层的底层表面进行刻蚀，以在所述缓冲层的底层表面形成凹坑，其后于所述缓冲层的底层上生长所述缓冲层的其余部分，形成具有孔洞结构的缓冲层于所述缓冲层上生长N型层的底层，之后对所述N型层的底层表面进行刻蚀，以在
所述N型层的底层表面形成凹坑，其后在所述N型层的底层上生长N型层的其余部分，从而形成所述N型层；在所述N型层上依次生长多量子阱层和P型层；自所述P型层表面对所述半导体结构进行刻蚀，直至到达N型层表面或进入N型层，以在所述半导体结构中形成至少一个开口部，之后在所述开口部内制作N型电极，并使N型电极的一端暴露在开口部的外部，另一端与N型层电性接触；在所述P型层上设置P型电极；将键合衬底通过键合电极与N型电极和P型电极键合；去除衬底；去除所述缓冲层的一部分，且对余留的缓冲层进行粗化处理，以在所述缓冲层远离N型层的表面上形成微纳结构。
[0014]进一步地，所述制作方法更具体地包括：在第一生长条件下于所述衬底上生长所述缓冲层的底层，之后以惰性气体等离子体对所述缓冲层的底层表面进行刻蚀，以至少在所述缓冲层的底层表面的位错集中区域形成纳米级凹坑，其后在第二生长条件下于所述缓冲层的底层上生长所述缓冲层的其余部分，形成所述缓冲层；其中，所述第一生长条件包括第一生长压力、第一生长温度和第一
Ⅴ
/Ⅲ摩尔比，所述第二生长条件包括第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深紫外半导体发光器件，其特征在于，包括：半导体结构，其包括沿指定方向依次设置的缓冲层、N型层、多量子阱层和P型层，所述缓冲层和N型层均具有孔洞结构；P型电极，其包括高功函数材料层和金属电极层，所述高功函数材料层与P型层电性接触，所述金属电极层设置在高功函数材料层上；N型电极，其与N型层电性接触；其中，所述金属电极层包括沿指定方向依次设置在高功函数材料层上的反射金属层和保护金属层。2.根据权利要求1所述的深紫外半导体发光器件，其特征在于，所述缓冲层和N型层所含孔洞均为沿指定方向闭合的孔洞，当定义在缓冲层的第一截面上孔洞所占的面积与该第一截面的面积的比值为P1，在N型层的第二截面上孔洞所占的面积与该第二截面的面积的比值为P2时，则P1为40
‑
60%，P2为30
‑
50%，所述第一截面与第二截面相互平行，并垂直于指定方向。3.根据权利要求1所述的深紫外半导体发光器件，其特征在于，所述半导体结构中设有至少一个开口部，所述开口部自P型层表面延伸至N型层表面或内部，所述N型电极设置于所述开口部内，并且所述N型电极的一端暴露在开口部的外部，另一端与N型层电性接触；和/或，所述N型电极、P型电极分别与N型层、P型层形成欧姆接触；和/或，所述深紫外半导体发光器件还包括键合衬底和键合电极，所述键合衬底通过键合电极与所述N型电极以及P型电极键合；和/或，所述缓冲层远离N型层的表面为出光面，且所述出光面上分布有微纳结构。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的深紫外半导体发光器件，其特征在于，所述高功函数材料层的厚度为1
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20nm，所述反射金属层的厚度为70
‑
100nm，所述保护金属层的厚度为20
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40nm；和/或，所述高功函数材料层的材质包括氧化钼，所述反射金属层的材质包括金属铝，所述保护金属层的材质包括金；和/或，所述缓冲层的厚度为300
‑
700nm；和/或，所述N型层的厚度为500
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900nm；和/或，所述缓冲层的材质包括AlN，所述N型层的材质包括AlGaN；和/或，所述P型层包括沿指定方向依次设置的P型AlGaN阻挡层、P型AlGaN层和P型GaN层，其中P型AlGaN阻挡层的厚度为8
‑
20nm，P型AlGaN层的厚度为20
‑
50nm，P型GaN层的厚度为30
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80nm；和/或，所述多量子阱层包括沿指定方向交替设置的Al
x
Ga1‑
x
N量子阱层和Al
y
Ga1‑
y
N量子垒层，其中，0＜x＜y＜1。5.一种深紫外半导体发光器件的制作方法，其特征在于，包括：在衬底上沿指定方向依次生长具有孔洞结构的缓冲层、具有孔洞结构的N型层、多量子阱层和P型层，以形成半导体结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：李利哲，苏敏，
申请(专利权)人：苏州市独墅湖医院苏州大学附属独墅湖医院，
类型：发明
国别省市：