具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。

应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”等表述方式。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

在相关技术中，深紫外LED芯片的量子效率偏低，原因有以下几点：首先，AlGaN材料的外延质量不够理想，缺陷密度高导致内量子效率较低；其次，P型半导体层为获得较好的欧姆接触效果和空穴浓度需要在P型半导体层上生长一层p-GaN，而p-GaN对深紫外光有严重的吸收；第三，随着量子阱中Al组份增加，深紫外LED芯片出光以TM模式(平行于发光面)为主，而水平方向出光面积很小，因此TM光很难进入发光面的逃逸锥出射，TM光提取效率较低，这些问题严重制约了深紫外LED芯片性能的提升。

为改善空穴供应不足和p-GaN对深紫外光严重吸收的问题，目前在相关技术中开发了多种器件结构设计方案，包含p-AlGaN透明接触层、介电调控隧穿结、电场存储器、超晶格电子阻挡层结构、组分渐变电子阻挡层结构、调控界面极化效应、不同Al组分量子垒等技术方案来降低顶层材料对深紫外光的强烈吸收，改善空穴激活能及空穴注入效率。但以上方法还存在以下几方面问题：首先，高Al组分P型AlGaN材料的功函数较高，需要用高功函数的金属例如Pt、Ni以降低金属-半导体接触势垒，但该类金属对深紫外光反射率较低，透射率也较低，无法获得高透光或高反射的金属接触层；其次，对外延结构的调整来降低空穴激活能及提高空穴浓度，需要进行严格的模拟计算和大量的验证才能获得较好的结果，但复杂的外延设计方案必然会带来更多技术问题需要解决；第三，高Al组分AlGaN材料的体电阻较高，会导致发光二极管工作电压显著增加，不利于获得理想的电光转化效率；最后，复杂的外延层设计方案也会带来对量子阱中极化效应的不同程度影响，会对电子和空穴的复合造成未知的影响，所产生的电子-空穴波函数空间分离必然会导致深紫外LED芯片内量子效率的降低。

为改善上述问题，本发明提供了改进的深紫外LED芯片及其制造方法，通过多个间隔的硅纳米层对P型半导体层进行空穴补偿，从而在保证P型半导体层获得较高的空穴浓度的同时，减少了深紫外LED芯片内部结构对深紫外光的吸收。本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1至8示出了本发明第一实施例制造深紫外LED芯片的方法在一些阶段的结构图。

如图1所示，在第一衬底101上形成外延结构110。该外延结构110具有相对的第一表面101a和第二表面101b，第二表面101b与第一衬底101相连。该外延结构110包括P型半导体层116、N型半导体层114以及P型半导体层116与N型半导体层114所夹的多量子阱层115，其中，P型半导体层116暴露于外延结构110的第一表面101a。

在一些优选的实施例中，为了更好地匹配N型半导体层114与第一衬底101之间的晶格，外延结构110还包括位于N型半导体层114与第一衬底101之间的晶格匹配叠层。具体的，第一衬底101为蓝宝石衬底，沿外延结构的第二表面101b向第一表面101a的方向，外延结构110包括依次堆叠的缓冲层111、AlN层112、AlN/AlGaN超晶格层113，N型半导体层114、多量子阱层115以及P型半导体层116，其中，缓冲层111的材料为AlN，AlN层112的厚度大于缓冲层111，缓冲层111、AlN层112、AlN/AlGaN超晶格层113作为晶格匹配叠层。

在本实施例中，外延结构110的厚度范围在5-10微米之间，外延结构110中各层的生长方法可以是金属化学气相沉积、激光辅助分子束外延、激光溅射或氢化物气相外延等。外延结构110的各层可以是多晶或单晶结构。蓝宝石衬底包含但不限于镜面或微米级/纳米级图形化蓝宝石衬底中的一种，其优选方案是镜面蓝宝石。该外延结构110中的多量子阱层114包含以AlGaN/AlInGaN等材料体系形成的往复连续递进式LED芯片外延结构中的一种或几种，其优选方案是含不同Al组分的AlGaN结构。

在本实施例中，P型半导体层116的材料为P型掺杂的氮化镓铝(AlGaN)或氮化铝硼(BAlN)。N型半导体层114的材料为N型掺杂的AlGaN。

本领域技术人员还可以根据需要对外延结构110的厚度、各层材料进行其他设置。当然，第一衬底101并不限于蓝宝石衬底，还可以为GaN衬底、AlN衬底、Ga₂O₃衬底、SiC衬底、Si衬底、ZnO单晶衬底，以及带有预沉积AlN膜的耐高温金属衬底中的任一种。

进一步的，在外延结构110中形成至少一个通孔102与凹槽103，如图2a所示。

在该步骤中，例如采用光刻和干法刻蚀技术在外延结构110上同步形成均匀阵列分布的多个通孔102以及位于第一衬底101边缘的凹槽103。其中，多个通孔102与凹槽103均自外延结构的第一表面101a延伸至N型半导体层114上。通过设置通孔102与凹槽103增加了侧壁面积，利于提取更多的水平方向的深紫外光。

在一些其他实施例中，还可以对通孔102与凹槽103的侧壁进行粗化处理，如图2b所示，以进一步提高水平方向的深紫外光的提取效率。

本领域技术人员可以根据需要对通孔102的数量进行设置。

进一步的，在各通孔102中分别形成导电部120，如图3所示。

在该步骤中，例如采用光刻和物理气相沉积技术在通孔102中形成与N型半导体层114相连的导电部120，该导电部120分别与P型半导体层116、多量子阱层115隔开。之后对导电部120进行退火，以使导电部120与N型半导体层114之间形成良好的欧姆接触。

在本实施例中，沿外延结构110的第二表面101b向第一表面101a的方向，导电部120包括V、Ti、Cr、Al、Ni、Au、Pt金属层中的一种或组合，导电部120的总厚度为500nm。退火在N₂氛围下进行，其工艺温度为900℃，该退火过程持续1分钟。

进一步的，在外延结构的第一表面101a上形成P型半导体层的空穴补偿层130，如图4所示。

在该步骤中，例如先在P型半导体层116上形成多孔结构掩模，各孔暴露部分P型半导体层116，然后采用溅射法在掩模的各孔内形成相应的硅纳米层，各硅纳米层与P型半导体层116接触，且各个硅纳米层均为P型掺杂，之后去除多孔结构掩模及掩模上的硅纳米层，形成的P型半导体层的空穴补偿层130为多个间隔设置的硅纳米层。其中，硅纳米层是由硅纳米颗粒组成的，硅纳米颗粒的尺寸在数十纳米到数百纳米之间。

在本实施例中，掩模的孔的特征尺寸范围在为50～200微米之间，掩模中的多个孔为按照均匀的阵列分布、不均匀的阵列分布中的一种。采用均匀的阵列分布能保证P型半导体层116上每个区域的空穴补偿效果均匀；采用不均匀分布的阵列可以形成不同区域空穴浓度补偿的差异。

形成多孔结构掩模的工艺包括：步进式投影式光刻、纳米压印掩模，或采用金属高温退火形成随机纳米阵列掩模。

进一步的，形成覆盖P型半导体层116和P型半导体层的空穴补偿层130的金属层140，如图5所示。

在该步骤中，例如采用旋涂工艺将被包覆层包裹的Cu纳米线涂覆在P型半导体层116上以覆盖P型半导体层116和P型半导体层的空穴补偿层130，其中，通孔102与凹槽103对应的区域被保护，未被金属层140覆盖，或者说在此步骤中，通孔102与凹槽103的开口延伸到金属层140。然后利用高温退火工艺使P型半导体层的空穴补偿层130与P型半导体层116紧密结合并且令金属层140与P型半导体层116之间形成良好的欧姆接触。其中，包覆层的材料为高功函数的金属，包覆层与被包裹的Cu纳米线的总直径约为150纳米。

在本实施例中，当P型半导体层116的材料为P型掺杂的AlGaN时，包覆层的材料为Ni或Pt，其中，Ni的功函数为5.04eV，Pt的功函数为5.93eV从而降低了金属层140与P型半导体层116的接触势垒，改善了金属-半导体接触电阻率从而降低深紫外LED芯片电压。而且，由金属纳米线(占空比可达到90％)构成的金属层140对深紫外光具有高透射率，透射率可达到70％～90％，使深紫外光能够高效透过金属层140。

然而，本领域技术人员还可以根据需要对金属层140的材料进行其他设置，例如当P型半导体层116为其他透明材料时，金属层140中的金属纳米线与其上包裹的包覆层材料也作出相应改变。或者综合P型半导体层116的材料、接触势垒、金属层140的透光率以及成本等因素的考虑，可以让普通的金属层代替利用金属纳米线制作的金属层140。

进一步的，形成覆盖金属层140的反射镜层150，如图5所示。

在该步骤中，例如采用光刻、物理气相沉积工艺在金属层140上形成反射镜层150，其中，通孔102与凹槽103对应的区域被保护，未被反射镜层150覆盖，或者说在此步骤中，通孔102与凹槽103的开口延伸到反射镜层150。

在本实施例中，该反射镜层150对深紫外光具有较高的反射率，其厚度为200纳米。在一些具体的实施例中，反射镜层150包括Al镜、Rh镜、Mg镜中的一种。反射镜层150的厚度为200nm。

进一步的，形成覆盖反射镜层150的金属阻挡层160，如图5所示。

在该步骤中，例如采用光刻、物理气相沉积工艺在反射镜层150上形成金属阻挡层160，其中，通孔102与凹槽103对应的区域被保护，未被金属阻挡层160覆盖，或者说在此步骤中，通孔102与凹槽103的开口延伸到金属阻挡层160。

在本实施例中，该金属阻挡层160为金属材料，厚度为500nm。在一些具体的实施例中，金属阻挡层160的材料为TiW或TiPt或TiNi。该金属阻挡层160的作用为防止反射镜层150被氧化，并且防止金属之间的扩散。

进一步的，在金属阻挡层160上形成绝缘层104，如图6所示。

在该步骤中，例如采用原子层沉积工艺形成覆盖半导体结构的绝缘层104，该绝缘层104的部分位于金属阻挡层160上，部分填充在通孔102与凹槽103中，其中，填充在通孔102中的绝缘层104覆盖导电部120。

在本实施例中，绝缘层104的沉积为厚度1000nm，材料包括SiN_x介质。

进一步的，形成穿过绝缘层104的P导电通道106与N导电通道105，如图7所示。

在该步骤中，例如采用光刻与干法刻蚀工艺形成P导电通道106与N导电通道105，其中，P导电通道106暴露部分金属阻挡层160的表面，N导电通道105暴露各导电部120的表面。

进一步的，在绝缘层104上分别形成P电极172与N电极171，如图8所示。

在本实施例中，P电极172经P导电通道106与金属阻挡层160相连，N电极171经N导电通道105与各导电部120相连。

在一些具体的实施例中，沿外延结构的第二表面102b向第一表面102a的方向，N电极171、P电极172均包括依次堆叠的Ti粘附层以及Au、Sn二元合金层。其中，Ti粘附层的厚度为200nm，Au、Sn二元合金层的厚度分别为600nm、200nm。

根据本发明第一实施例的制造方法，形成的深紫外LED芯片为倒装通孔结构，第一实施例的深紫外LED芯片具体结构参照图1至图8的描述，此处不再赘述。

图9至21示出了本发明第二实施例制造深紫外LED芯片的方法在一些阶段的结构图。

如图9所示，在第一衬底201上形成外延结构210。该外延结构210具有相对的第一表面201a和第二表面201b，第二表面201b与第一衬底201相接触。该外延结构210包括P型半导体层216、N型半导体层214以及P型半导体层216与N型半导体层214所夹的多量子阱层215，其中，P型半导体层216暴露于外延结构210的第一表面201a。

在一些优选的实施例中，为了更好地匹配N型半导体层214与第一衬底201之间的晶格，外延结构210还包括位于N型半导体层214与第一衬底201之间的晶格匹配叠层。具体的，第一衬底201为蓝宝石衬底，沿外延结构的第二表面201b向第一表面201a的方向，外延结构210包括依次堆叠的缓冲层211、AlN层212、AlN/AlGaN超晶格层213，N型半导体层214、多量子阱层215以及P型半导体层216，其中，缓冲层211的材料为AlN，AlN层212的厚度大于缓冲层211，缓冲层211、AlN层212、AlN/AlGaN超晶格层213作为晶格匹配叠层。

在本实施例中，外延结构210的厚度范围在5-10微米之间，外延结构210中各层的生长方法可以是金属化学气相沉积、激光辅助分子束外延、激光溅射或氢化物气相外延等。外延结构210的各层可以是多晶或单晶结构。蓝宝石衬底包含但不限于镜面或微米级/纳米级图形化蓝宝石衬底中的一种，其优选方案是纳米级图形化蓝宝石。该外延结构210中的多量子阱层214包含以AlGaN/AlInGaN等材料体系形成的往复连续递进式LED芯片外延结构中的一种或几种，其优选方案是含不同Al组分的AlGaN结构。

在本实施例中，P型半导体层216的材料为P型掺杂的氮化镓铝(AlGaN)或氮化铝硼(BAlN)。N型半导体层214的材料为N型掺杂的AlGaN。

本领域技术人员还可以根据需要对外延结构210的厚度、各层材料进行其他设置。当然，第一衬底201并不限于蓝宝石衬底，还可以为GaN衬底、AlN衬底、Ga₂O₃衬底、SiC衬底、Si衬底、ZnO单晶衬底，以及带有预沉积AlN膜的耐高温金属衬底中的任一种。

进一步的，在外延结构210中形成至少一个通孔202，如图10所示。

在该步骤中，例如采用光刻和干法刻蚀技术在外延结构210上同步形成均匀阵列分布的多个通孔202。其中，多个通孔202均自外延结构的第一表面201a延伸至N型半导体层214上。通过设置通孔202增加了侧壁面积，利于提取更多的水平方向的深紫外光。

本领域技术人员可以根据需要对通孔202的数量进行设置。

进一步的，在各通孔202中分别形成导电部220，如图11所示。

在该步骤中，例如采用光刻和物理气相沉积技术在通孔202中形成与N型半导体层214相连的导电部220，该导电部220分别与P型半导体层216、多量子阱层215隔开。之后对导电部220进行退火，以使导电部220与N型半导体层214之间形成良好的欧姆接触。

在本实施例中，沿外延结构210的第二表面201b向第一表面201a的方向，导电部220包括V、Ti、Cr、Al、Ni、Au、Pt金属层中的一种或组合，导电部220的总厚度为600nm。退火在N₂氛围下进行，其工艺温度为1000℃，该退火过程持续30秒。

进一步的，在外延结构的第一表面201a上形成P型半导体层的空穴补偿层230，如图12所示。

在该步骤中，例如先在P型半导体层216上形成多孔结构掩模，各孔暴露部分P型半导体层216，然后采用溅射法在掩模的各孔内形成相应的硅纳米层，各硅纳米层与P型半导体层216接触，且各个硅纳米层均为P型掺杂，之后去除多孔结构掩模及掩模上的硅纳米层，形成的P型半导体层的空穴补偿层230为多个间隔设置的硅纳米层。其中，硅纳米层是由硅纳米颗粒组成的，硅纳米颗粒的尺寸在数十纳米到数百纳米之间。

在本实施例中，掩模的孔的特征尺寸范围在为50～200微米之间，掩模中的多个孔为按照均匀的阵列分布、不均匀的阵列分布中的一种。采用均匀的阵列分布能保证P型半导体层216上每个区域的空穴补偿效果均匀；采用不均匀分布的阵列可以形成不同区域空穴浓度补偿的差异。

形成多孔结构掩模的工艺包括：步进式投影式光刻、纳米压印掩模，或采用金属高温退火形成随机纳米阵列掩模。

进一步的，形成覆盖P型半导体层216和P型半导体层的空穴补偿层230的金属层240，如图13所示。

在该步骤中，例如采用旋涂工艺将被包覆层包裹的Cu纳米线涂覆在P型半导体层216上以覆盖P型半导体层216和P型半导体层的空穴补偿层230，其中，通孔202对应的区域被保护，未被金属层240覆盖，或者说在此步骤中，通孔202的开口延伸到金属层240。然后利用高温退火工艺使P型半导体层的空穴补偿层230与P型半导体层216紧密结合并且令金属层240与P型半导体层216之间形成良好的欧姆接触。其中，包覆层的材料包括高功函数的金属，包覆层与被包裹的Cu纳米线的总直径约为50纳米。

在本实施例中，当P型半导体层216的材料为P型掺杂的AlGaN时，包覆层的材料为Ni或Pt，从而降低了金属层240与P型半导体层216的接触势垒，改善了金属-半导体接触电阻率从而实现降低深紫外LED芯片电压的目的。而且，由金属纳米线(占空比可达到90％)构成的金属层240对深紫外光具有高透射率，透射率可达到70％～90％，使深紫外光能够高效透过金属层240。

然而，本领域技术人员还可以根据需要对金属层240的材料进行其他设置，例如当P型半导体层216为其他透明材料时，金属层240中的金属纳米线与其上包裹的包覆层材料也作出相应改变。或者综合P型半导体层216的材料、接触势垒、金属层240的透光率以及成本等因素的考虑，可以让普通的金属层代替利用金属纳米线制作的金属层240。

进一步的，形成覆盖金属层240的反射镜层250，如图13所示。

在该步骤中，例如采用光刻、物理气相沉积工艺在金属层240上形成反射镜层250，其中，通孔202对应的区域被保护，未被反射镜层250覆盖，或者说在此步骤中，通孔202的开口延伸到反射镜层250。

在本实施例中，该反射镜层250对深紫外光具有较高的反射率，其厚度为200纳米。在一些具体的实施例中，反射镜层250包括Al镜、Rh镜、Mg镜中的一种。反射镜层250的厚度为120nm。

进一步的，形成覆盖反射镜层250的金属阻挡层260，如图13所示。

在该步骤中，例如采用光刻、物理气相沉积工艺在反射镜层250上形成金属阻挡层260，其中，通孔202对应的区域被保护，未被金属阻挡层260覆盖，或者说在此步骤中，通孔202的开口延伸到金属阻挡层260。

在本实施例中，该金属阻挡层260为金属材料，厚度为800nm。在一些具体的实施例中，金属阻挡层260的材料为TiW或TiPt或TiNi。该金属阻挡层260的作用为防止反射镜层250被氧化，并且防止金属之间的扩散。

进一步的，在金属阻挡层260上形成绝缘层204，如图14所示。

在该步骤中，例如采用原子层沉积工艺形成覆盖半导体结构的绝缘层204，该绝缘层204的部分位于金属阻挡层260上，部分填充在通孔202中，其中，填充在通孔202中的绝缘层204覆盖导电部220。

在本实施例中，绝缘层204的沉积为厚度300nm，材料包括AlN介质。

进一步的，形成穿过绝缘层204的N导电通道205，如图14所示。

在该步骤中，例如采用光刻与干法刻蚀工艺形成N导电通道205，其中，N导电通道205暴露各导电部220的表面。

进一步的，在绝缘层204上形成第一键合层206，如图15所示。

在本实施例中，第一键合层206经N导电通道205与各导电部220相连。

在一些具体的实施例中，沿外延结构的第二表面201b向第一表面201a的方向，第一键合层206包括依次堆叠的Ti粘附层以及Ni、Sn二元合金层。其中，Ti粘附层的厚度为100nm，Ni、Sn二元合金层的厚度分别为600nm、200nm。

进一步的，在第二衬底301上形成第二键合层302，如图16所示，之后将第一键合层206与第二键合层302键合，如图17所示。

在本实施例中，第二衬底301为硅衬底。沿外延结构210的第二表面201b向第一表面201a的方向，第二键合层302包括依次堆叠的Ni、Sn二元合金以及Ti粘附层。

在键合步骤中，利用NiSn液相瞬态键合工艺，在260℃条件下将第一键合层206与第二键合层302键合。

进一步的，去除第一衬底201与缓冲层211，如图18所示。

在该步骤中，例如先利用波长为193nm的紫外激光，采用50um小光斑，将缓冲层211和第一衬底201进行剥离分解，然后用稀盐酸清洗去除AlN、AlGaN材料分解形成的Al、Ga金属。

进一步的，粗化外延结构210的表面，如图19所示。

在该步骤中，利用加热的KOH溶液，在70℃条件下处理AlN层212使其形成粗化表面，利用二次微纳结构增加轴向的深紫外出光。

进一步的，刻蚀部分AlN层212、AlN/AlGaN超晶格层213、N型半导体层214、多量子阱层215以及P型半导体层216、P型半导体层的空穴补偿层230、金属层240以及反射镜层250以形成暴露部分金属阻挡层260的凹槽203，如图20所示。

在该步骤中，利用光刻和干法刻蚀工艺形成凹槽203，该凹槽203对应于第二衬底301的边缘，作为P电极区与芯片走道区。优选的，进一步粗化凹槽203的侧壁。

进一步的，形成覆盖外延结构210表面和侧壁、P型半导体层的空穴补偿层230、金属层240、反射镜层250的侧壁，以及部分金属阻挡层260表面的钝化层207，如图21所示。其中，钝化层207的材料包括但不限于SiO₂，厚度包括但不限于200nm。

进一步的，在凹槽203中形成与金属阻挡层260相连的P电极270。

在该步骤中，例如采用光刻、湿法腐蚀和电子束蒸发工艺，在凹槽203中的金属阻挡层260上制备P电极270，P电极270的材料例如为CrPtAu。其中，第二衬底301作为N电极。

根据本发明第二实施例的制造方法，形成的深紫外LED芯片为垂直通孔结构，第二实施例的深紫外LED芯片具体结构参照图9至图21的描述，此处不再赘述。

图22至28示出了本发明第三实施例制造深紫外LED芯片的方法在一些阶段的结构图。

如图22所示，在第一衬底401上形成外延结构410。该外延结构410具有相对的第一表面401a和第二表面401b，第二表面401b与第一衬底401相接触。该外延结构410包括P型半导体层416、N型半导体层414以及P型半导体层416与N型半导体层414所夹的多量子阱层415，其中，P型半导体层416暴露于外延结构410的第一表面401a。

在一些优选的实施例中，为了更好地匹配N型半导体层414与第一衬底401之间的晶格，外延结构410还包括位于N型半导体层414与第一衬底401之间的晶格匹配叠层。具体的，第一衬底401为蓝宝石衬底，沿外延结构的第二表面401b向第一表面401a的方向，外延结构410包括依次堆叠的缓冲层411、AlN层412、AlN/AlGaN超晶格层413，N型半导体层414、多量子阱层415以及P型半导体层416，其中，缓冲层411的材料为AlN，AlN层412的厚度大于缓冲层411，缓冲层411、AlN层412、AlN/AlGaN超晶格层413作为晶格匹配叠层。

在本实施例中，外延结构410的厚度范围在5-10微米之间，外延结构410中各层的生长方法可以是金属化学气相沉积、激光辅助分子束外延、激光溅射或氢化物气相外延等。外延结构410的各层可以是多晶或单晶结构。蓝宝石衬底包含但不限于镜面或微米级/纳米级图形化蓝宝石衬底中的一种，其优选方案是纳米级图形化蓝宝石。该外延结构410中的多量子阱层414包含以AlGaN/AlInGaN等材料体系形成的往复连续递进式LED芯片外延结构中的一种或几种，其优选方案是含不同Al组分的AlGaN结构。

在本实施例中，P型半导体层416的材料为P型掺杂的氮化镓铝(AlGaN)或氮化铝硼(BAlN)。N型半导体层414的材料为N型掺杂的AlGaN。

本领域技术人员还可以根据需要对外延结构410的厚度、各层材料进行其他设置。当然，第一衬底401并不限于蓝宝石衬底，还可以为GaN衬底、AlN衬底、Ga₂O₃衬底、SiC衬底、Si衬底、ZnO单晶衬底，以及带有预沉积AlN膜的耐高温金属衬底中的任一种。

进一步的，在外延结构的第一表面401a上形成P型半导体层的空穴补偿层430，如图23所示。

在该步骤中，例如先在P型半导体层416上形成多孔结构掩模，各孔暴露部分P型半导体层416，然后采用溅射法在掩模的各孔内形成相应的硅纳米层，各硅纳米层与P型半导体层416接触，且各个硅纳米层均为P型掺杂，之后去除多孔结构掩模及掩模上的硅纳米层，形成的P型半导体层的空穴补偿层430为多个间隔设置的硅纳米层。其中，硅纳米层是由硅纳米颗粒组成的，硅纳米颗粒的尺寸在数十纳米到数百纳米之间。

在本实施例中，掩模的孔的特征尺寸范围在为50～200微米之间，掩模中的多个孔按照均匀的阵列分布、不均匀的阵列分布中的一种。采用均匀的阵列分布能保证P型半导体层416上每个区域的空穴补偿效果均匀；采用不均匀分布的阵列可以形成不同区域空穴浓度补偿的差异。

形成多孔结构掩模的工艺包括：步进式投影式光刻、纳米压印掩模，或采用金属高温退火形成随机纳米阵列掩模。

具体的，在P型半导体层416表面沉积一层Ni金属膜，利用高温退火使Ni金属膜形成自组装纳米金属掩模(多孔结构掩模)，随后采用溅射法在半导体结构上制备硅纳米层，然后再用盐酸去除自组装纳米金属掩模和其上的硅纳米层。在P型半导体层416表面留下的硅纳米层作为P型半导体层的空穴补偿层430。

进一步的，形成覆盖P型半导体层416和P型半导体层的空穴补偿层430的金属层440，如图23所示。

在该步骤中，例如采用旋涂工艺将被包覆层包裹的Cu纳米线涂覆在P型半导体层416上以覆盖P型半导体层416和P型半导体层的空穴补偿层430。然后利用高温退火工艺使P型半导体层的空穴补偿层430与P型半导体层416紧密结合并且令金属层440与P型半导体层416之间形成良好的欧姆接触。其中，包覆层的材料包括高功函数的金属，包覆层与被包裹的Cu纳米线的总直径约为100纳米。

在本实施例中，当P型半导体层416的材料为P型掺杂的AlGaN时，包覆层的材料为Ni或Pt，从而降低了金属层440与P型半导体层416的接触势垒，改善了金属-半导体接触电阻率从而实现降低深紫外LED芯片电压的目的。而且，由金属纳米线(占空比可达到90％)构成的金属层440对深紫外光具有高透射率，透射率可达到70％～90％，使深紫外光能够高效透过金属层440。

然而，本领域技术人员还可以根据需要对金属层440的材料进行其他设置，例如当P型半导体层416为其他透明材料时，金属层440中的金属纳米线与其上包裹的包覆层材料也作出相应改变。或者综合P型半导体层416的材料、接触势垒、金属层440的透光率以及成本等因素的考虑，可以让普通的金属层代替利用金属纳米线制作的金属层440。

进一步的，形成覆盖金属层440的反射镜层450，如图23所示。

在该步骤中，例如采用光刻、物理气相沉积工艺在金属层440上形成反射镜层450。

在本实施例中，该反射镜层450对深紫外光具有较高的反射率，其厚度为100纳米。在一些具体的实施例中，反射镜层450包括Al镜、Rh镜、Mg镜中的一种。反射镜层450的厚度为100nm。

进一步的，形成覆盖反射镜层450的金属阻挡层460，如图23所示。

在该步骤中，例如采用光刻、物理气相沉积工艺在反射镜层450上形成金属阻挡层460。

在本实施例中，该金属阻挡层460为导电材料，厚度为500nm。在一些具体的实施例中，金属阻挡层460的材料为TiW或TiPt或TiNi。该金属阻挡层460的作用为防止反射镜层450被氧化，并且防止金属之间的扩散。

进一步的，在金属阻挡层460上形成第一键合层471，如图23所示。

在一些具体的实施例中，沿外延结构的第二表面401b向第一表面401a的方向，第一键合层471包括依次堆叠的Ti粘附层以及Cu、Sn二元合金层。其中，Ti粘附层的厚度为100nm，Cu、Sn二元合金层的厚度分别为600nm、200nm。

进一步的，在第二衬底501上形成第二键合层502，如图24所示，之后将第一键合层471与第二键合层502键合，如图25所示。

在本实施例中，第二衬底501为硅衬底，厚度为600微米。沿外延结构410的第二表面401b向第一表面401a的方向，第二键合层502包括依次堆叠的Sn、Cu二元合金以及Ti粘附层。

在键合步骤中，利用CuSn液相瞬态键合工艺，在260℃条件下将第一键合层471与第二键合层502键合。

进一步的，去除第一衬底401、缓冲层411、AlN层412以及AlN/AlGaN超晶格层413，如图26所示。

在该步骤中，例如先利用波长为266nm的紫外激光，采用20um小光斑，将缓冲层411和第一衬底401进行剥离分解，然后用稀盐酸清洗去除AlN、AlGaN材料分解形成的Al、Ga金属，从而暴露N型半导体层414的表面。

进一步的，粗化外延结构410的表面，如图27所示。

在该步骤中，利用加热的KOH溶液，在60℃条件下处理N型半导体层414使其形成粗化表面，利用二次微纳结构增加轴向的深紫外出光。

进一步的，刻蚀部分N型半导体层414、多量子阱层415、P型半导体层416、P型半导体层的空穴补偿层430、金属层440以及反射镜层450以形成暴露部分金属阻挡层460的凹槽403，如图27所示。

在该步骤中，利用光刻和干法刻蚀工艺形成凹槽403，该凹槽403对应于第二衬底501的边缘，作为P电极区与芯片走道区。优选的，进一步粗化凹槽403的侧壁。

进一步的，形成覆盖外延结构410表面和侧壁、P型半导体层的空穴补偿层430、金属层440、反射镜层450的侧壁以及金属阻挡层460表面的钝化层407，如图28所示。其中，钝化层407的材料包括但不限于SiO₂，其厚度包括但不限于200nm。

进一步的，形成穿过钝化层407并与N型半导体层414相连的N电极420，如图28所示。

在该步骤中，例如采用光刻、湿法腐蚀和电子束蒸发工艺，在N电极420上制备N电极420，N电极420的材料例如为Cr/Al/Ti/Pt/Au。其中，第二衬底501作为P电极。

根据本发明第三实施例的制造方法，形成的深紫外LED芯片为垂直反极性结构，第三实施例的深紫外LED芯片具体结构参照图22至图28的描述，此处不再赘述。

根据本发明实施例提供的深紫外LED芯片及其制造方法，通过P型半导体层的空穴补偿层中多个间隔设置的P型的硅纳米层代替p-GaN层对P型半导体层进行空穴补偿，提高深紫外LED芯片的内量子效率；由于硅纳米层的硅纳米颗粒之间具有间隔的空隙，从而保证P型半导体层的空穴补偿层补偿P型半导体层获得较高的空穴浓度，使得更多的空穴和电子在量子阱层中复合，提高内量子效率，同时深紫外光还可以通过硅纳米颗粒之间的空隙出射/入射，实现了减少对深紫外光的吸收的目的。

采用高功函数的金属包覆层包裹Cu纳米线，不仅降低了金属层与P型半导体层的接触势垒，改善金属-半导体接触电阻率从而实现降低深紫外LED芯片电压的效果，提高深紫外LED芯片的电光转化效率；而且金属层中的金属纳米线具有高透射率，深紫外光能够高效透过。

采用Al镜、Rh镜、Mg镜中的一种作为深紫外光的反射镜层，在反射镜层的作用下，并配合高透射率的金属层使得紫外光重新被反射，从而增加深紫外LED芯片整体出光效率。与此同时，由于反射镜层的材料均为金属，因此该反射镜层还能实现电流扩展的作用。

通过设置通孔与凹槽结构，增加了外延结构侧壁的面积，从而增加了水平方向的光提取效率。

因此，本发明实施例提供的深紫外LED芯片在保证P型半导体层获得较高的空穴浓度、较好的欧姆接触效果的同时，减少了深紫外LED芯片内部结构对深紫外光的吸收，增加深紫外LED芯片的内量子效率和电光转化效率，最终使深紫外LED芯片的性能获得增强。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。