一种深紫外发光二极管的芯片结构及其制作方法
【专利摘要】本发明公开一种深紫外发光二极管的芯片结构，在芯片周围设置与第一电极相连接的第一型扩展电极，第一型扩展电极与第一电极设置于第一型欧姆接触层之上，通过电极隔离层隔离第一电极、第一型扩展电极与外延结构的连接；第一型欧姆接触层置于第一型导电层之上，且通过电极隔离层隔离第一型欧姆接触层与外延结构的连接。本发明还公开一种紫外发光二极管的芯片结构制作方法。本发明有效降低深紫外发光二极管的工作电压，且提高内量子效率。
【专利说明】
一种深紫外发光二极管的芯片结构及其制作方法
技术领域
[0001]本发明涉及发光二极管技术领域，尤其是指一种深紫外发光二极管的芯片结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着发光二极管技术的迅猛发展，深紫外发光二极管成为发光二极管发展的另一大热门。深紫外发光二极管在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大应用价值。深紫外波长范围介于100-280纳米，采用AlGaN材料当有源区材料是实现深紫外LED器件产品的最佳选择。
[0003]在深紫外发光二极管技术发展过程，由于深紫外发光二极管主要由AlGaN、AlN等三五族化合物构成，获得较好晶体质量的外延生长具有较大难度。因此，研究初期主要集中在外延材料生长工艺研究。发展至今，外延材料生长已能制备出晶体质量较好的AlGaN、AlN等三五族化合物。但在深紫外外延过程发现不仅P型掺杂的并入效率低，N型掺杂的并入效率也不高，由于深紫外LED器件采用同侧电极，所以N型电流扩展效果也不理想，导致深紫外发光二极管的工作电压较高且内量子效率低。
[0004]为了解决上述问题，改善发光二极管的N型扩展效果，提高深紫外发光二极管效率及降低工作电压，本案由此产生。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种深紫外发光二极管的芯片结构及其制作方法，主要通过在芯片周围设置第一型扩展电极，且在第一型扩展电极及第一型电极下设置一层高掺的GaN材料的第一型欧姆接触层，使得第一型欧姆接触层与下面AlGaN材料构成的第一型导电层形成界面效应，提高扩展电极的电流扩展效果;有效降低深紫外发光二极管的工作电压，且提高内量子效率。
[0006]为达成上述目的，本发明的解决方案为:
一种深紫外发光二极管的芯片结构，在芯片周围设置与第一电极相连接的第一型扩展电极，第一型扩展电极与第一电极设置于第一型欧姆接触层之上，通过电极隔离层隔离第一电极、第一型扩展电极与外延结构的连接;第一型欧姆接触层置于第一型导电层之上，且通过电极隔离层隔离第一型欧姆接触层与外延结构的连接。
[0007]进一步，所述第一型欧姆接触层采用GaN材料。采用GaN材料能与含铝材料的第一型导电层n-AlGaN在界面上形成电流阻挡效应，有利于增强第一型扩展电极的电流扩展效果O
[0008]进一步，所述第一型欧姆接触层采用高掺杂。采用高掺杂的GaN材料容易与第一型扩展电极且与第一电极形成欧姆接触。
[0009]进一步，所述电极隔离层采用AlN材料。采用AlN材料对于后续二次外延高掺的GaN材料既保护了第一次的外延材料，又避免电极隔离层的分解对反应腔的污染。
[0010]—种紫外发光二极管的芯片结构制作方法，包括以下步骤:
一、提供一外延衬底，采用MOCVD在外延衬底上依次形成缓冲层、第一型导电层、有源层、电子阻挡层、第二型限制层、第二型导电层；
二、在外延表面的第二型导电层上采用掩膜、光刻形成第一电极及扩展电极制作区域；
三、采用ICP蚀刻第一电极及扩展电极制作区域，深度至第一型导电层的中间厚度位置；
四、处理干净外延片，再置于PVD蒸镀，在第二型导电层、外延层侧面形成AlN电极隔离层；
五、外延片再置于MOCVD二次外延生长nn-GaN材料于第一电极及扩展电极制作区域形成第一型欧姆接触层；
六、采用掩膜光刻及带元素探测的ICP蚀刻技术，去除第二型导电层上的AlN材料及nn-GaN，露出第二型导电层；
七、在第二型导电层上形成ITO透明导电层；
八、在同时在ITO透明导电层上形成第二电极;在第一电极制作区域的第一型欧姆接触层上形成第一电极;在扩展电极制作区域的第一型欧姆接触层上形成扩展电极。
[0011]本发明在Al含量高的AlGaN系的深紫外发光二极管中采用GaN材料，η型掺杂能容易地获得高掺杂浓度。避免常规结构中η型欧姆接触层n-AlGaN为了获得高掺达到欧姆接触而导致的晶体质量变差。从而导致发光区的非辐射复合严重，有利于增加有源区的复合效率。在芯片周围设计第一型扩展电极且与第一电极相连接，底部与第一型欧姆接触层接触，且第一型欧姆接触层GaN底面与第一型导电层n-AlGaN接触，采用这种结构设计使η电极的电流能有效地扩展开，由于GaN材料与n-AlGaN材料阻抗不同引起的界面效应使得电流更容易在nn-GaN材料层整面扩展开。
[0012]由于深紫外材料的特性，P型掺杂的高温退火(700_800°C)采用常规的恒温条件退火，掺杂源与H的络合物中的H键不易被完全破坏，但通过反复高温退火、降温、降温退火、升温的退火温度脉冲，能增加对残余的掺杂源与H的络合物中的H键再破坏力度，且引入低温退火工艺，提高P型的激活效率。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的主视图；
图2是本发明的俯视图；
图3本发明制作流程图一；
图4本发明制作流程图二；
图5本发明制作流程图三；
图6本发明制作流程图四。
[0014]标号说明
衬底I缓冲层2
外延结构3第一型导电层31
有源区32电子阻挡层33
第二型限制层34第二型导电层35 隔离层4第一型欧姆接触层5
第二电极6第一电极7
扩展电极8。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。
[0016]请参阅图1及图2所述，本发明揭示的一种深紫外发光二极管的芯片结构，在芯片周围设置与第一电极7相连接的第一型扩展电极8，第一型扩展电极8与第一电极7设置于第一型欧姆接触层5之上，通过电极隔离层4隔离第一电极7、第一型扩展电极8与外延结构3的连接;第一型欧姆接触层5置于第一型导电层31之上，且通过电极隔离层4隔离第一型欧姆接触层5与外延结构3的连接。
[0017]所述第一型欧姆接触层5采用GaN材料。所述第一型欧姆接触层5采用高掺杂。所述电极隔离层4采用AlN材料。
[0018]具体为:衬底I上形成缓冲层2(A1N)，缓冲层2上形成外延结构3，本实施例中，外延结构3包括第一型导电层31(n-AlGaN)、有源区32、电子阻挡层33(p-AlGaN)、第二型限制层34(p-AlGaN)和第二型导电层35(p-AlGaN)，第一型导电层31形成在缓冲层2上，在第一型导电层31上形成有源区32，在有源区32上形成电子阻挡层33，在电子阻挡层33上形成第二型限制层34，在第二型限制层34上形成第二型导电层35。
[0019]第二型导电层35上设置第二电极6，外延结构3周缘设置第一型欧姆接触层6(nn-GaN)，第一型欧姆接触层6与外延结构3的第一型导电层31接触，第一型欧姆接触层6上设置第一电极7和与第一电极7连接的第一型扩展电极8，第一型扩展电极8包围外延结构3。第一型欧姆接触层6与外延结构3之间、第一电极7与外延结构3之间以及第一型扩展电极8与外延结构3之间设置隔离层4(A1N)。
[0020]本发明还公开一种紫外发光二极管的芯片结构制作方法，包括以下步骤:
一、如图3所示，提供一外延衬底I，采用MOCVD在外延衬底I上依次形成缓冲层2、第一型导电层31(n-AlGaN)、有源层32、电子阻挡层33(p-AlGaN)、第二型限制层34及第二型导电层35;第一型导电层31、有源区32、电子阻挡层33、第二型限制层34和第二型导电层35构成外延结构3。
[0021]二、如图4所示，在外延结构3表面的第二型导电层35上采用掩膜、光刻形成第一电极及扩展电极制作区域。
[0022]三、采用ICP蚀刻第一电极及扩展电极制作区域，深度至第一型导电层31的中间厚度位置。
[0023]四、如图5所示，处理干净外延片，再置于PVD蒸镀，在第二型导电层35、外延层侧面形成AlN电极隔离层4。
[0024]五、外延片再置于MOCVD 二次外延生长nn-GaN材料于第一电极及扩展电极制作区域形成第一型欧姆接触层5。
[0025]六、采用掩膜光刻及带元素探测的ICP蚀刻技术，去除第二型导电层35上的AlN材料及nn-GaN，露出第二型导电层35。
[0026]七、在第二型导电层35上形成ITO透明导电层。
[0027]八、在同时在ITO透明导电层上形成第二电极6;在第一电极制作区域的第一型欧姆接触层5上形成第一电极7;在扩展电极制作区域的第一型欧姆接触层5上形成扩展电极8。
[0028]本发明通过二次外延在常规的外延结构设计第一型欧姆接触层nn-GaN置于第一电极和第一型扩展电极之下;通过采用AlN电极隔离层隔离第一型欧姆接触层nn-GaN与外延结构的连接。外延结构周围设计一圈第一型扩展电极且与第一电极相连接，电极设置于第一型欧姆接触层nn-GaN之上，且通过采用AlN电极隔离层隔离第一电极和第一型扩展电极与外延结构的连接。
[0029]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
【主权项】
1.一种深紫外发光二极管的芯片结构，其特征在于:在芯片周围设置与第一电极相连接的第一型扩展电极，第一型扩展电极与第一电极设置于第一型欧姆接触层之上，通过电极隔离层隔离第一电极、第一型扩展电极与外延结构的连接;第一型欧姆接触层置于第一型导电层之上，且通过电极隔离层隔离第一型欧姆接触层与外延结构的连接。2.如权利要求1所述的一种紫外发光二极管，其特征在于:所述第一型欧姆接触层采用GaN材料。3.如权利要求1所述的一种紫外发光二极管，其特征在于:进一步，所述电极隔离层采用AlN材料。4.一种紫外发光二极管的芯片结构制作方法，其特征在于:包括以下步骤: 一、提供一外延衬底，采用MOCVD在外延衬底上依次形成缓冲层、第一型导电层、有源层、电子阻挡层、第二型限制层及第二型导电层； 二、在外延表面的第二型导电层上采用掩膜、光刻形成第一电极及扩展电极制作区域； 三、采用ICP蚀刻第一电极及扩展电极制作区域，深度至第一型导电层的中间厚度位置； 四、处理干净外延片，再置于PVD蒸镀，在第二型导电层、外延层侧面形成AlN电极隔离层； 五、外延片再置于MOCVD二次外延生长nn-GaN材料于第一电极及扩展电极制作区域形成第一型欧姆接触层； 六、采用掩膜光刻，及带元素探测的ICP蚀刻技术，去除第二型导电层上的AlN材料及nn-GaN，露出第二型导电层； 七、在第二型导电层上形成ITO透明导电层； 八、在同时在ITO透明导电层上形成第二电极;在第一电极制作区域的第一型欧姆接触层上形成第一电极;在扩展电极制作区域的第一型欧姆接触层上形成扩展电极。
【文档编号】H01L33/14GK106025007SQ201610557362
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】林志伟, 陈凯轩, 张永, 卓祥景, 姜伟, 汪洋, 童吉楚, 方天足
【申请人】厦门乾照光电股份有限公司