[發明專利]深紫外發光二極管芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201811375706.0
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109524526B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 張爽;張會雪;王帥;戴江南;陳長清
• 申請（專利權）人: 華中科技大學鄂州工業技術研究院;華中科技大學
• 主分類號: H01L33/38
• 分類號: H01L33/38
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 黃君軍

本發明涉及一種深紫外發光二極管芯片，包括外延結構、位于所述外延結構上的P型金屬電極層，P型金屬電極層開設有若干個孔洞，且相鄰兩層孔洞所在位置相互對應；所述芯片還包括N型金屬電極層與導聯層，所述N型金屬電極層包括若干列電極柱，每列電極柱包括若干個子電極柱，所述子電極柱一一連接在所述N?AlGaN層的孔洞內，所述子電極柱的直徑小于所述孔洞的直徑；相鄰兩個所述子電極柱的中心間距相等。本發明還涉及一種深紫外發光二極管芯片的制備方法，與傳統的長條形電極深紫外LED相比，本發明提出的深紫外發光二極管的墻插效率大幅度提高，工作產生的熱損耗也大幅度降低，進一步提升了產品使用壽命。

技術領域

本發明涉及半導體器件設計與制備領域，特別是涉及一種深紫外發光二極管芯片及其制備方法。

背景技術

AlGaN基深紫外發光二極管因其廣泛的應用領域，如空氣凈化、殺菌消毒、生化檢測、光通訊等，而受到持續關注。采用金屬有機化合物化學氣相沉積法(MOCVD)在c面藍寶石襯底上外延生長的晶圓片，因襯底藍寶石絕緣的緣故，在器件制備的過程中，必須通過刻蝕的方法刻蝕晶圓片表面形成臺面結構，即n型電極和p型電極在同一側。在這種臺面結構中，不可避免地存在橫向電流擴展問題，導致電流集聚在臺面邊緣。而且隨著 AlGaN材料中Al組分的升高，施主離化能增加，載流子的遷移率降低，使得n-AlGaN層的電阻率較高，導致n側電流擴展長度減少，電流分布更加不均勻。換句話說，高Al組分的AlGaN基深紫外LED比GaN基可見光和近紫外LED，具有更嚴重的電流擁堵問題。就深紫外LED的光效而言，不均勻的電流密度分布勢必會導致有源區不均勻的載流子輻射復合，那么從有源區發出的光能逃逸到芯片之外的比例也將發生變化，因此不均勻的電流密度分布將會導致芯片光效下降。另一方面，在電流密集的地方會產生大量的焦耳熱，特別是n型電極附近的有源區，由于大量載流子的注入，有源區中發生非輻射復合、俄歇復合的比例會相對增加，那么有源區將會受到不均勻的熱分布以及溫度導致的內、外量子效率下降。同時由于器件結溫較高，局部過熱將會引起金屬的電遷移、材料老化等，加速器件退化，導致芯片失效。因此如何通過芯片電極結構設計來調控深紫外發光二極管的電流分布，獲得高功率深紫外LED是一個急需解決的難題。

發明內容

基于此，有必要針對上述提到的至少一個問題，提供一種深紫外發光二極管芯片及其制備方法。

一種深紫外發光二極管芯片，包括外延結構、位于所述外延結構上的P 型金屬電極層，所述外延結構包括依次設置的襯底、AlN緩沖層、N-AlGaN 層、發光層/電子阻擋層/P-GaN層；

所述N-AlGaN層、發光層/電子阻擋層/P-GaN層以及P型金屬電極層均開設有若干個孔洞，且相鄰兩層孔洞所在位置相互對應；

所述芯片還包括N型金屬電極層與導聯層，所述N型金屬電極層包括若干列電極柱，每列電極柱包括若干個子電極柱，所述子電極柱一一連接在所述N-AlGaN層的孔洞內，所述子電極柱的直徑小于所述孔洞的直徑；

相鄰兩個所述子電極柱的中心間距相等；

所述導聯層包括若干個連接柱，所述連接柱貫穿所述P型金屬電極層與所述子電極柱一一連接。

在其中一個實施例中，所述子電極柱的高度低于所述N-AlGaN層的高度。

在其中一個實施例中，所述N型金屬電極層包括5列電極柱，每列電極柱包括4個子電極柱，每個所述子電極柱的直徑為100～110μm；兩個相鄰所述孔洞之間的中心距離為140～155μm。

在其中一個實施例中，所述導聯層還包括若干連接條，所述連接條連接在每列所述連接柱的頂端。

在其中一個實施例中，所述N型金屬電極層中的金屬依次包括 Ti/Al/Ti/Au，對應厚度依次為5nm/10nm/5nm/10nm；所述導聯層的金屬包括Cr和Au，總厚度為300nm。