一种紫外LED芯片及其制作方法与流程

文档序号：20836272发布日期：2020-05-22 16:54阅读：265来源：国知局

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种紫外led芯片及其制作方法。

背景技术：

发光二极管，英文单词的缩写led，主要含义：led＝lightemittingdiode，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，作为照明器件，相对传统照明器件，发光二极管有相当大优势——寿命长、光效高、无辐射、低功耗、绿色环保。目前led主要用于显示屏、指示灯、背光源等领域。

为了减少蓝光的公害，紫光的应用是健康照明的重要一环。但是现有led制程所使用的材质，对于紫光的具有很强的吸收，严重影响紫外led芯片的出光效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种紫外led芯片，电压低、亮度高。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种紫外led芯片的制作方法，芯片电压低、亮度高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种紫外led芯片，包括衬底、设于衬底上的外延层、设于外延层上的透明导电层和电极结构、以及覆盖在透明导电层和外延层上的保护层，所述透明导电层包括ito层和azo层，所述ito层设于外延层和azo层之间，所述ito层的厚度为5～20nm，所述azo层的厚度为150～500nm。

作为上述方案的改进，所述ito层的厚度为10～20nm，所述azo层的厚度为200～300nm。

作为上述方案的改进，所述保护层由能阶大于6.4ev的透明材料制成。

作为上述方案的改进，所述保护层由氮化硼制成，所述保护层的厚度为10～300nm。

作为上述方案的改进，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述电极结构包括第一电极和第二电极，所述ito层设置在第二半导体层上，所述第二电极设置在azo层上，所述第一电极设置在第一半导体层上。

作为上述方案的改进，所述第二电极贯穿所述透明导电层，同时设置在azo层和第二半导体层上。

相应地，本发明还提供了一种紫外led芯片的制作方法，包括：

在衬底上形成外延层；

在外延层上形成透明导电层，所述透明导电层包括ito层和azo层，所述ito层设于外延层和azo层之间，所述ito层的厚度为5～20nm，所述azo层的厚度为150～500nm；

在外延层和透明导电层上形成保护层；

形成电极结构。

作为上述方案的改进，所述透明导电层的制作方法包括：

采用电子枪蒸镀工艺，在温度为280～320℃，氧流量25～40sccm，压力3*10^-5～8*10^-4torr的条件下，在外延层上形成ito层；

采用电子枪蒸镀工艺，在温度为290～330℃，氧流量25～30sccm，压力2*10^-5～9*10^-4torr的条件下，在ito层上形成azo层。

作为上述方案的改进，所述保护层由能阶大于6.4ev的透明材料制成，所述保护层的厚度为10～300nm。

作为上述方案的改进，所述保护层的制作方法包括：

采用pecvd工艺，在温度为200～300℃、压力为200～500torr的条件下，通入tmb甲基硼与n2o，其中，tmb甲基硼与n2o的通入量比为1:3。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明的透明导电层采用ito层作为底层与第二半导体层结合，能够形成良好的欧姆接触且有效提高芯片的电流扩展能力，本发明的透明导电层采用azo层作为上层设置在ito层上，可以弥补减薄ito层所产生的不良影响，有效提高芯片的电流扩展能力，降低正向电压。

本发明的透明导电层通过ito层和azo层的相互配合，有效提高芯片的出光效率和降低电压。若透明导电层只有ito层，则难以同时兼顾芯片亮度和电压的性能；若透明导电层只有azo层，由于azo层与第二半导体层不能形成良好的欧姆接触，因此难以单独起到电流扩展的作用。

本发明采用能阶大于6.4ev的透明材料制成的保护层覆盖在透明导电层和外延层上，用于保护透明导电层，延长透明导电层的老化时间，增加芯片的可靠性。

附图说明

图1是紫外led芯片的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

参见图1，本发明提供的一种紫外led芯片，包括衬底10、设于衬底10上的外延层20、设于外延层20上的透明导电层30和电极结构、以及覆盖在透明导电层30和外延层20上的保护层40。

本发明的衬底10为蓝宝石衬底，厚度为100～250nm。本发明的外延层20包括依次设于衬底10上的第一半导体层21、有源层22和第二半导体层23。所述外延层20还包括裸露区域，所述裸露区域从第二半导体层23刻蚀至第一半导体层21。

本发明的第一半导体层21为n型gan层，有源层22为多量子阱层，第二半导体层23为p型gan层。

本发明的透明导电层30包括ito层31和azo层32，所述ito层31设于第二半导体层23和azo层32之间，所述ito层31的厚度小于azo层32的厚度。

现有紫外led芯片的透明导电层30为单层ito层31结构，为了减少ito层31对于紫光的全反射，目前常用的手段是减薄ito层31的厚度，将其厚度降到60nm以下，从而提高芯片的出光效率。然而，减薄ito层31会导致电流扩展效应变差，也会提高正向电压，从而降低紫外led芯片的性能。

本发明的透明导电层30采用ito层31作为底层与第二半导体层23结合，能够形成良好的欧姆接触且有效提高芯片的电流扩展能力。由于ito层31会吸收有源层22发出的光线，且ito层31的厚度过大时，会对紫光进行全反射，因此，本发明ito层31的厚度为5～20nm。若ito层31的厚度小于5nm，则厚度太薄，难以形成膜层；若ito层31的厚度大于20nm，则厚度太厚，会吸收有源层22发出的光，降低芯片的出光效率。更优的，ito层31的厚度为8～15nm。

本发明的透明导电层30采用azo层32作为上层设置在ito层31上，可以弥补减薄ito层31所产生的不良影响，有效提高芯片的电流扩展能力，降低正向电压。此外，与ito层31相比，azo层32不会吸收紫光。优选的，azo层32的厚度为150～500nm。若azo层32的厚度小于100nm，则厚度太薄，无法起到电流扩展的作用；若azo层32的厚度大于500nm，则厚度太厚，会吸收有源层22发出的光，降低芯片的出光效率。更优的，azo层32的厚度为200～400nm。

本发明的透明导电层30通过ito层31和azo层32的相互配合，有效提高芯片的出光效率和降低电压。若透明导电层30只有ito层31，则难以同时兼顾芯片亮度和电压的性能；若透明导电层30只有azo层32，由于azo层32与第二半导体层23不能形成良好的欧姆接触，因此难以单独起到电流扩展的作用。

优选的，所述ito层31的厚度为10～20nm，所述azo层32的厚度为200～300nm。

所述保护层40覆盖在透明导电层30和外延层20上，用于保护透明导电层30，延长透明导电层30的老化时间，增加芯片的可靠性。

需要说明的是，波长＝(h谱朗克常数*光速)/ev能阶，因此能阶高材料不会吸收能阶低的材料发出的光。一般gan的能阶为2.3ev，aln的能阶为6.3ev，由于紫外led芯片的外延层20中铝含量较多，为了提高芯片的出光效率，保护层40的能阶需要大于外延层20的能阶。因此本发明的保护层40由能阶大于6.4ev的透明材料制成。优选的，所述保护层40由氮化硼制成。

优选的，所述保护层40的厚度为10～300nm。若保护层40的厚度小于10nm，则厚度太薄，起不到保护的作用；若保护层40的厚度大于300nm，则厚度太大，会吸光。

所述电极结构包括第一电极51和第二电极52。所述第一电极51贯穿所述保护层40设置在裸露区域的第一半导体层21上，所述第二电极52贯穿所述保护层40设置在透明导电层30上。

为了进一步提高芯片的电流扩展性能，所述第二电极52部分贯穿ito层31与第二半导体层23连接。

相应地，本发明还提供了一种紫外led芯片的制作方法，包括以下步骤：

一、在衬底上形成外延层；

采用mocvd工艺依次在衬底上形成第一半导体层、有源层和第二半导体层。具体的，本发明的第一半导体层为n型gan层，有源层为多量子阱层，第二半导体层为p型gan层。

对第二半导体层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层形成裸露区域。

二、在外延层上形成透明导电层；

采用电子枪蒸镀工艺，在温度为280～320℃，氧流量25～40sccm，压力3*10^-5～8*10^-4torr的条件下，在外延层上形成ito层。

由于ito层会吸收有源层发出的光线，且ito层的厚度过大时，会对紫光进行全反射，因此，本发明ito层的厚度为5～20nm。若ito层的厚度小于5nm，则厚度太薄，难以形成膜层；若ito层的厚度大于20nm，则厚度太厚，会吸收有源层发出的光，降低芯片的出光效率。更优的，ito层的厚度为8～15nm。

采用电子枪蒸镀工艺，在温度为290～330℃，氧流量25～30sccm，压力2*10^-5～9*10^-4torr的条件下，在ito层上形成azo层。

本发明的透明导电层采用azo层作为上层设置在ito层上，可以弥补减薄ito层所产生的不良影响，有效提高芯片的电流扩展能力，降低正向电压。此外，与ito层相比，azo层不会吸收紫光。优选的，azo层的厚度为100～500nm。若azo层的厚度小于100nm，则厚度太薄，无法起到电流扩展的作用；若azo层的厚度大于500nm，则厚度太厚，会吸收有源层发出的光，降低芯片的出光效率。更优的，azo层的厚度为200～400nm。

需要说明的是，透明导电层完成后，为了使透明导电层跟第二半导体层合金更好，且让透明导电层氧化得更完全，本发明需要对透明导电层进行退火，其中，退火温度为500～560℃，退火时间为10～30min。

三、在外延层和透明导电层上形成保护层；

采用pecvd、蒸镀或溅射工艺，在外延层和透明导电层上形成保护层。

优选的，采用pecvd工艺，在温度为200～300℃、压力为200～500torr的条件下，通入tmb甲基硼与n2o，其中，tmb甲基硼与n2o的通入量比为1:3。优选的，tmb甲基硼的通入量为5～15sccm，n2o的通入量为15～45sccm。

四、形成电极结构；

所述电极结构包括第一电极和第二电极。所述第一电极贯穿所述保护层设置在裸露区域的第一半导体层上，所述第二电极贯穿所述保护层设置在透明导电层上。

为了进一步提高芯片的电流扩展性能，所述第二电极部分贯穿ito层与第二半导体层连接。

下面将以具体实施例来进一步阐述本发明

实施例1