深紫外led芯片及其制造方法
阅读说明：本技术 深紫外led芯片及其制造方法 (Deep ultraviolet LED chip and manufacturing method thereof ) 是由 不公告发明人 于 2021-11-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种深紫外LED芯片,涉及LED芯片制作技术领域,包括：生长衬底和成形于生长衬底上的外延层,P型半导体层远离生长衬底的一面与N型半导体层远离生长衬底的面之间能够形成台阶,P型半导体层远离生长衬底的面为上台阶面,N型半导体层远离生长衬底的面为下台阶面,连接上台阶面和下台阶面之间的面为台阶侧面,台阶侧面包括阻挡层的侧面、发光层的侧面和P型半导体层的侧面,P型半导体层和发光层的侧面形成上侧面,阻挡层的侧面形成下侧面,上侧面与水平面之间的夹角小于下侧面与水平面之间的夹角；本发明还提供了一种如上所述的深紫外LED芯片的制造方法；本发明提供的方案提高了出光效率且能够降低芯片的稳态电压。(The invention provides a deep ultraviolet LED chip, which relates to the technical field of LED chip manufacture and comprises the following components: the epitaxial layer is formed on the growth substrate, a step can be formed between one surface, away from the growth substrate, of the P-type semiconductor layer and the surface, away from the growth substrate, of the N-type semiconductor layer, the surface, away from the growth substrate, of the P-type semiconductor layer is an upper step surface, the surface, away from the growth substrate, of the N-type semiconductor layer is a lower step surface, the surface, connected between the upper step surface and the lower step surface, is a step side surface, the step side surface comprises a side surface of a barrier layer, a side surface of a light emitting layer and a side surface of the P-type semiconductor layer, the P-type semiconductor layer and the side surface of the light emitting layer form an upper side surface, the side surface of the barrier layer forms a lower side surface, and an included angle between the upper side surface and the horizontal plane is smaller than an included angle between the lower side surface and the horizontal plane; the invention also provides a manufacturing method of the deep ultraviolet LED chip; the scheme provided by the invention improves the light emitting efficiency and can reduce the steady-state voltage of the chip.)
技术领域
本发明涉及LED芯片制作技术领域，特别是涉及一种深紫外LED芯片及其制造方法。
背景技术
紫外LED(UV LED)主要应用在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、计算机数据存储和军事等方面。而且随着技术的发展，新的应用会不断出现以替代原有的技术和产品，紫外LED有着广阔的市场应用前景,半导体深紫外光源在照明、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。以AlGaN材料为有源区的深紫外LED的发光波长能够覆盖210-365nm的紫外波段，是实现该波段深紫外LED器件产品的理想材料，具有其它传统紫外光源无法比拟的优势，然而，由于紫外LED的发光效率较使用蓝色LED的产品大约要低一半，因此亮度就成了紫外LED的一大课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种深紫外LED芯片及其制造方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高出光效率且能够降低芯片的稳态电压。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种深紫外LED芯片，包括：生长衬底和成形于所述生长衬底上的外延层，所述外延层包括依次成形于所述生长衬底上的N型半导体层、阻挡层、发光层和P型半导体层，所述P型半导体层远离所述生长衬底的一面与所述N型半导体层远离所述生长衬底的一面之间能够形成台阶，所述P型半导体层远离所述生长衬底的一面为上台阶面，所述N型半导体层远离所述生长衬底的一面为下台阶面，连接所述上台阶面和所述下台阶面之间的面为台阶侧面，所述台阶侧面包括所述阻挡层的侧面、所述发光层的侧面和所述P型半导体层的侧面，所述P型半导体层和所述发光层的侧面形成上侧面，所述阻挡层的侧面形成下侧面，所述生长衬底用于成形所述外延层的一面与水平面平行，所述上侧面与所述水平面之间的夹角为θ，所述下侧面与所述水平面之间的夹角为β，所述β大于所述θ，所述θ为30-45度，所述β为73-85度，所述下台阶面上设置有n型欧姆接触层和n电极连接金属层，所述上台阶面上设置有p型欧姆接触层和p电极连接金属层。
优选的，所述生长衬底为蓝宝石衬底，所述N型半导体层为N型AlGaN层，所述P型半导体层为P型AlGaN层和P型GaN层，所述发光层为量子阱有源层。
优选的，所述N型半导体层与所述生长衬底之间还设置有AlN层。
优选的，所述n型欧姆接触层与N型半导体层接触的金属为Cr或Ti或Ni或PT或Al或Au及以上几种金属的合金材质。
优选的，所述阻挡层、所述发光层和所述P型半导体层叠加后的厚度为400-500nm。
本发明还提供了一种如上所述的深紫外LED芯片的制造方法，包括：
步骤一：在生长衬底上成形外延层，所述外延层包括依次成形于所述生长衬底上的N型半导体层、阻挡层、发光层和P型半导体层；
步骤二：在P型半导体层远离所述生长衬底一面的表面沉积SIO2保护层，涂正胶后光刻做MESA图形，通过湿法去除多余的SIO2部分，形成SIO2的MESA图形；
步骤三：对所述外延层进行蚀刻至N型半导体层，形成倾斜面与水平面呈θ夹角的台阶侧面，去除光刻胶，θ夹角为30-45度；
步骤四：改变刻蚀气体和功率配比对发光层以及N型半导体层之间的侧面进行二次蚀刻，刻蚀至下侧面与水平面的夹角为β，β为73-85度；
步骤五：除去外延层表面SIO2，在N型半导体层和P型半导体层分别做n型欧姆接触层和p型欧姆接触层；
步骤六：做表面绝缘层，绝缘层按工艺开孔后，做N-Pad和P-Pad，完成芯片工序的制程。
优选的，步骤二中在P型半导体层远离所述生长衬底一面的表面沉积SIO2保护层的过程分三步进行，第一步低功率50W，时间1min，第二步功率为95W，时间5min，第三步功率为110W，时间20min，通入速率控制在2.5-3.2A/S，膜层厚度450nm-650nm，片内均匀性小于0.1%。
优选的，步骤二中涂正胶后光刻做MESA图形通过湿法腐蚀方式实现，采用BOE溶液，BOE溶液由NH4F水溶液： HF水溶液浓度比为6：1混合而成，浸润时间在90-105S，去除多余的SIO2部分形成SIO2的MESA图形。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的深紫外LED芯片的发光层的侧壁为斜面，减小了光线在发光层出光时发生全反射的概率，进而提高了出光效率，另外，将阻挡层的侧壁倾斜角度β设置为大于θ的目的是为了使得N型半导体层上有足够的空间来设置n型欧姆接触层，增大n型欧姆接触层与N型半导体层之间的接触面积，进而降低芯片的稳态电压，因此，本发明提供的深紫外LED芯片提高了出光效率且能够保证芯片的稳态电压处于较低的状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一提供的深紫外LED芯片中生长衬底和外延层的截面图；
图2为实施例一提供的深紫外LED芯片的截面图；
图3为实施例一提供的深紫外LED芯片的俯视图；
图中：1-P型GaN层、2-P型AlGaN层、3-量子阱有源层、4-阻挡层、5-N型AlGaN层、6-AlN层、7-蓝宝石衬底、8-n型欧姆接触层、9-n电极连接金属层、10-p电极连接金属层、11-SIO2保护层、12-P-Pad层、13-N极孔、14-N-Pad层、15-P极孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种深紫外LED芯片及其制造方法，以解决现有技术存在的问题，提高出光效率且能够保证芯片的稳态电压处于较低的状态。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例提供一种深紫外LED芯片，如图1为深紫外LED芯片中生长衬底和外延层的截面图，图2为深紫外LED芯片的截面图，图3为深紫外LED芯片的俯视图，包括：生长衬底和成形于生长衬底上的外延层，外延层包括依次成形于生长衬底上的N型半导体层、阻挡层4、发光层和P型半导体层，P型半导体层远离生长衬底的一面与N型半导体层远离生长衬底的一面之间能够形成台阶，P型半导体层远离生长衬底的一面为上台阶面，N型半导体层远离生长衬底的一面为下台阶面，连接上台阶面和下台阶面之间的面为台阶侧面，台阶侧面包括阻挡层4的侧面、发光层的侧面和P型半导体层的侧面，P型半导体层和发光层的侧面形成上侧面，阻挡层4的侧面形成下侧面，生长衬底用于成形外延层的一面与水平面平行，上侧面与水平面之间的夹角为θ，下侧面与水平面之间的夹角为β，β大于θ，θ为30-45度，β为73-85度，下台阶面上设置有n型欧姆接触层8和n电极连接金属层9，上台阶面上设置有p型欧姆接触层和p电极连接金属层10。
本实施例提供的深紫外LED芯片的发光层的侧壁为斜面，减小了光线在发光层出光时发生全反射的概率，进而提高了出光效率，另外，将阻挡层4的侧壁倾斜角度β设置为大于θ的目的是为了使得N型半导体层上有足够的空间来设置n型欧姆接触层8，相比于现有技术中同尺寸的深紫外LED芯片，本实施例提供的深紫外LED芯片增大了n型欧姆接触层8与N型半导体层之间的接触面积，进而降低稳态电压，因此，本实施例提供的深紫外LED芯片提高了出光效率且能够保证芯片的稳态电压处于较低的状态。
进一步的，生长衬底为蓝宝石衬底7，N型半导体层为N型AlGaN层5，P型半导体层为P型AlGaN层2和P型GaN层1，发光层为量子阱有源层3，光线从量子阱有源层3的侧壁射出。
进一步的，N型半导体层与生长衬底之间还设置有AlN层6。
进一步的，n型欧姆接触层8与N型半导体层接触的金属为Cr或Ti或Ni或PT或Al或Au及以上几种金属的合金材质。
进一步的，阻挡层4、发光层和P型半导体层叠加后的厚度为400-500nm。
实施例二
本实施例提供了一种实施例一中的深紫外LED芯片的制造方法，包括：
步骤一：在生长衬底上成形外延层，外延层包括依次成形于生长衬底上的N型半导体层、阻挡层4、发光层和P型半导体层；
步骤二：在P型半导体层远离生长衬底一面的表面沉积SIO2保护层11，涂正胶后光刻做MESA图形，通过湿法去除多余的SIO2部分，形成SIO2的MESA图形；
步骤三：对外延层进行蚀刻至N型半导体层，形成倾斜面与水平面呈θ夹角的台阶侧面，去除光刻胶，θ夹角为30-45度；
步骤四：改变刻蚀气体和功率配比对发光层以及N型半导体层之间的侧面进行二次蚀刻，刻蚀至下侧面与水平面的夹角为β，β为73-85度；
步骤五：除去外延层表面SIO2，在N型半导体层和P型半导体层分别做n型欧姆接触层8和p型欧姆接触层；
步骤六：做表面绝缘层，绝缘层按工艺开孔后，做N-Pad层14和P-Pad层12，完成芯片工序的制程。
从实验结果上分析，在驱动电流为40mA时，相比标准紫外LED工艺制备得到的芯片，此种工艺方式制造得出的紫外LED芯片可在出光功率上提升了12.56％，n型欧姆接触层8与n型半导体层之间可接触的尺寸增宽，在电压方面可同比同尺寸标准紫外LED工艺VF1下降0.13-0.25V，可有效提高产品工作寿命。
进一步的，步骤二中在P型半导体层远离生长衬底一面的表面沉积SIO2保护层11的过程分三步进行，第一步低功率50W，时间1min，第二步功率为95W，时间5min，第三步功率为110W，时间20min，通入速率控制在2.5-3.2A/S，膜层厚度450nm-650nm，片内均匀性小于0.1%。
进一步的，步骤二中涂正胶后光刻做MESA图形通过湿法腐蚀方式实现，采用BOE溶液，BOE溶液由NH4F水溶液： HF水溶液浓度比为6：1混合而成，浸润时间在90-105S，去除多余的SIO2部分形成SIO2的MESA图形。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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