垂直型深紫外发光二极管及其制备方法与流程

本发明涉及半导体光电领域，尤其涉及一种垂直型深紫外发光二极管及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，对于大功率照明发光二极管(light-emitting diode，led)的研究已经成为趋势，然而传统同侧结构的led芯片存在电流拥挤、电压过高和散热难等缺点，很难满足大功率的需求，而垂直led芯片不仅可以有效地解决大电流注入下的拥挤效应，还可以缓解大电流注入所引起的内量子效率降低，改善垂直led芯片的光电性能。

2、目前垂直led芯片的制备工艺主要为，在衬底上(一般为蓝宝石材料)生长gan基外延层，在该gan基外延层上制作接触层和金属反射层，然后采用电镀或基板键合(waferbonding)的方式制作导热性能良好的导热基板，同时也作为gan基外延层的新衬底，再通过激光剥离的方法使蓝宝石衬底和gan基外延层分离，p-gan外延层转移到金属基板上，这样使得led芯片的散热性能会更好，之后再形成n型电极。然而，现有垂直型深紫外led器件中的p-gan外延层对紫外光的吸收较多，且垂直型深紫外led器件的电流垂直流过整个器件，从而导致在高电流驱动下键合衬底下方的紫外光就会大部分被键合衬底吸收。而键合衬底用于连接键合层并且面积较大，就造成紫外光在垂直型深紫外led器件上的发光利用率不高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种垂直型深紫外发光二极管及其制备方法，用于改善现有技术的垂直型深紫外发光二极管的发光强度较低的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种垂直型深紫外发光二极管，从上至下依次包括n型电极、n型gan层、量子阱有源层、p型gan层、金属材料层以及键合衬底；

3、其中，垂直型深紫外发光二极管的内部还设置有多个凹槽，每一凹槽完全贯穿n型gan层、量子阱有源层、p型gan层以及金属材料层。

4、优选地，金属材料层从上至下依次包括电流扩展层、反射层以及组合金属键合层；

5、其中，电流扩展层的材质为ito、al、zno以及azo中的任意一种，反射层的材质为al以及ag中的至少一种，组合金属键合层的材质为au-au、au-sn以及sn-sn中的任意一种。

6、优选地，垂直型深紫外发光二极管还包括电流阻挡层，电流阻挡层位于n型电极与n型gan层之间，n型电极完全覆盖电流阻挡层并与n型gan层相接触。

7、优选地，电流阻挡层的厚度范围为电流阻挡层的长度范围为10μm～100μm。

8、优选地，n型电极的材质为ni、au、al、ti、pt、cr、ni/au合金、cr/al/ti/pt/au合金以及cr/pt/au合金中的任意一种；键合衬底的材质为si、sic以及cu中的任意一种。

9、优选地，相邻两凹槽的间距相等，凹槽的深度范围为0.5um～5um。

10、相应地，本发明还提供一种如上任一项的垂直型深紫外发光二极管的制备方法，方法包括：

11、s10，在一生长衬底上依次外延生长未掺杂层、n型gan层、量子阱有源层以及p型gan层；

12、s20，对p型gan层的上表面进行刻蚀处理以形成多个第一子凹槽，每一第一子凹槽贯穿p型gan层以及至少一部分量子阱有源层；

13、s30，在p型gan层上形成金属材料层，并对金属材料层的上表面进行刻蚀处理以形成多个第二子凹槽，每一第二子凹槽完全贯穿金属材料层，并暴露出对应的第一子凹槽；

14、s40，在金属材料层上形成键合衬底；

15、s50，分别剥离生长衬底以及未掺杂层，以暴露出n型gan层；

16、s60，对n型gan层远离金属材料层的一侧表面进行刻蚀处理以形成多个第三子凹槽，每一第三子凹槽完全贯穿n型gan层，并暴露出对应的第一子凹槽；

17、s70，在n型gan层远离金属材料层的一侧表面形成n型电极。

18、优选地，s10步骤中，未掺杂层的材质为非掺杂的gan，未掺杂层的厚度范围为10nm～100nm。

19、优选地，s60步骤之前还包括：对n型gan层远离金属材料层的一侧表面进行平整化处理。

20、优选地，平整化处理选用湿法刻蚀工艺或者研磨工艺，湿法刻蚀工艺中选用刻蚀溶液为koh或h2so4。

21、本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种垂直型深紫外发光二极管及其制备方法，垂直型深紫外发光二极管从上至下依次包括n型电极、n型gan层、量子阱有源层、p型gan层、金属材料层以及键合衬底，其中，垂直型深紫外发光二极管的内部还设置有多个凹槽，每一凹槽完全贯穿n型gan层、量子阱有源层、p型gan层以及金属材料层；本发明通过在垂直型深紫外发光二极管的内部设计多个凹槽，且每一凹槽完全贯穿n型gan层、量子阱有源层、p型gan层以及金属材料层，从而可以减小p型gan层、键合衬底以及金属材料层中三者的截面积，进而减少p型gan层以及键合衬底对量子阱有源层发射至键合衬底方向的紫外光的吸收，同时凹槽完全贯穿n型gan层以及量子阱有源层，有利于量子阱有源层发射至n型电极方向的紫外光沿凹槽侧面发生漫反射，进一步提升了垂直型深紫外发光二极管的发光强度。

技术特征：

1.一种垂直型深紫外发光二极管，其特征在于，从上至下依次包括n型电极、n型gan层、量子阱有源层、p型gan层、金属材料层以及键合衬底；

2.根据权利要求1所述的垂直型深紫外发光二极管，其特征在于，所述金属材料层从上至下依次包括电流扩展层、反射层以及组合金属键合层；

3.根据权利要求1所述的垂直型深紫外发光二极管，其特征在于，所述垂直型深紫外发光二极管还包括电流阻挡层，所述电流阻挡层位于所述n型电极与所述n型gan层之间，所述n型电极完全覆盖所述电流阻挡层并与所述n型gan层相接触。

4.根据权利要求1所述的垂直型深紫外发光二极管，其特征在于，所述电流阻挡层的厚度范围为所述电流阻挡层的长度范围为10μm～100μm。

5.根据权利要求1所述的垂直型深紫外发光二极管，其特征在于，所述n型电极的材质为ni、au、al、ti、pt、cr、ni/au合金、cr/al/ti/pt/au合金以及cr/pt/au合金中的任意一种；所述键合衬底的材质为si、sic以及cu中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的垂直型深紫外发光二极管，其特征在于，相邻两所述凹槽的间距相等，所述凹槽的深度范围为0.5um～5um。

7.一种如权利要求1至6任一项所述的垂直型深紫外发光二极管的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的垂直型深紫外发光二极管的制备方法，其特征在于，所述s10步骤中，所述未掺杂层的材质为非掺杂的gan，所述未掺杂层的厚度范围为10nm～100nm。

9.根据权利要求7所述的垂直型深紫外发光二极管的制备方法，其特征在于，所述s60步骤之前还包括：对所述n型gan层远离所述金属材料层的一侧表面进行平整化处理。

10.根据权利要求9所述的垂直型深紫外发光二极管的制备方法，其特征在于，所述平整化处理选用湿法刻蚀工艺或者研磨工艺，所述湿法刻蚀工艺中选用刻蚀溶液为koh或h2so4。

技术总结
本发明提供了一种垂直型深紫外发光二极管及其制备方法，垂直型深紫外发光二极管从上至下依次包括N型电极、N型GaN层、量子阱有源层、P型GaN层、金属材料层以及键合衬底，其中，垂直型深紫外发光二极管的内部还设置有多个凹槽，每一凹槽完全贯穿N型GaN层、量子阱有源层、P型GaN层以及金属材料层；本发明通过在垂直型深紫外发光二极管的内部设计的多个凹槽可以减少P型GaN层以及键合衬底对量子阱有源层发射至键合衬底方向的紫外光的吸收，同时凹槽完全贯穿N型GaN层以及量子阱有源层，有利于量子阱有源层发射至N型电极方向的紫外光沿凹槽侧面发生漫反射，进一步提升了垂直型深紫外发光二极管的发光强度。

技术研发人员：郑志强,罗红波,陈景文,王永忠
受保护的技术使用者：湖北深紫科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16