CN111863861A - 同时具有sbd和duv led结构的集成光电子芯片结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片结构及其制备方法。该结构包括排列为一行的n个SBD器件，以及位于其下的n列*m行的DUV LED；所述的SBD和DUV LED呈阵列排布；n个SBD器件为串联，右端的欧姆接触电极和上面的条形芯片电极相连；左端的肖特基接触电极和下一行正下方的DUV LED的n型欧姆电极相连，DUV LED的p型欧姆电极和相邻的DUV LED的n型欧姆电极相连；n列*m行的DUV LED呈蛇形排列串联。本发明可以利用SBD结构的单向导通性将市路电压220V的交流电(AC)变为脉冲直流电(DC)，从而可以实现市路电压对该器件的直接供电，脉冲直流电可以减少DUV LED发热，延长使用寿命，此外制作工艺简单，易于操作，可重复性强，生产成本低。

Description

同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片结构及其制备 方法
技术领域
本发明涉及发光二极管半导体技术领域，具体地说是一种同时具有肖特基(SBD)和深紫外发光二极管(DUV LED)结构的集成光电子芯片及其制备方法。
背景技术
现如今，以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为代表的第三代宽禁带半导体材料以其优良的光电特性和广阔的应用前景，成为全球诸多现代工业领域研究的热点。第三代宽禁带半导体材料拥有禁带宽度大、高迁移率、抗辐射能力强等优点，因此在半导体发光、电子电力器件、遥感探测、可见光通讯等领域具有广泛的应用空间。尤其是全球在2020年备受新冠病毒的威胁，基于AlGaN的深紫外发光二极管(DUV LED)在杀菌消毒和社会公共卫生等领域潜力巨大。
相比于基于“水银”的深紫外光源，AlGaN基深紫外LED工作电压低，一般在3至5V之间，且一般采取直流(DC)供电方式，这是深紫外LED的巨大优势之一。随着LED的普及和广泛应用，芯片若想采用市路电压(220V)直接供电，电路必须接入LED驱动器(变压器和AC-DC转换器)；传统的用LED驱动器虽然可以实现市路电压对LED的供电，但是会使电路比较繁琐，而且也会使额外的成本增加。(LED驱动器是一种封装好的驱动LED发光的电源调整电子器件，其内部是由一些电阻、电容、电感和肖特基二极管组合成的电路，驱动不同的LED需要选择不同类型的LED驱动器，驱动器内部电路也会有所不同)，另外一种是电路中接入整流器或者整流桥(工作原理也是将交流电变为直流电，整流器是由真空管、引燃管、固态矽半导体二极管、汞弧等制成，整流器也是一种封装好的交流变直流的装置；整流桥是由若干个整流二极管组成的桥式电路，如图13所示为一个桥式整流电路，但是整流器或整流桥是单纯地把正弦交流电的负偏压变为正偏压(如图10(c)所示)，这样虽然可以达到交流变直流的目的，但是由于LED一直处于发光状态，会增加LED的发热，降低器件效率，减少器件的使用寿命；而且这个整流桥的电路也会更加复杂。
发明内容
本发明的目的是针对目前市路电压(220V的交流电)无法直接给发光二极管供电，而且DUV LED发热严重，容易造成外量子效率效率衰减，因此提出一种同时具备SBD和DUVLED结构的集成光电子芯片。本发明所要解决的技术问题：提供一种同时具备SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片及其制备方法。该器件可以利用SBD结构的单向导通性将市路电压220V的交流电(AC)变为脉冲直流电(DC)，此脉冲直流电不仅可以直接供电发光二极管，而且可以减少二极管的发热，延长二极管的使用寿命。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：
一种同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片结构，该结构包括排列为一行的n个SBD器件，以及位于其下的n列*m行的DUV LED；所述的SBD和DUV LED呈阵列排布；其中，n＝1～25，m＝4～50；
其中，n个SBD器件为串联，右端的欧姆接触电极和上面的条形芯片电极相连；左端的肖特基接触电极和下一行正下方的DUV LED的n型欧姆电极相连，DUV LED的p型欧姆电极和相邻的DUV LED的n型欧姆电极相连；n列*m行的DUV LED呈蛇形排列串联；最下行的尾端的DUV LED的p型欧姆电极与下部的条形芯片电极相连；电极之间通过金属布线连接，所述的金属为Ni/Au、Cr/Au、Pt/Au或Ni/Al；
所述的SBD和DUV LED共用一个相同的衬底和缓冲层；
所述的DUV LED中，缓冲层上依次为n-AlGaN层、本征AlGaN层、n-AlGaN电子传输层；所述的n-AlGaN电子传输层为上、下层两部分，上层为下层投影面积的80％，上层厚度为下层厚度的10％～25％；n-AlGaN电子传输层的上层依次覆盖有多量子阱层、p-AlGaN电子阻挡层、p-AlGaN/p-GaN空穴注入层、电流扩展层；电流扩展层上还部分覆盖有p-型欧姆电极，p-型欧姆电极的材质为Ni/Au、Cr/Au、Pt/Au或Ni/Al,p-型欧姆电极面积为电流扩展层面积的5％～100％；n-AlGaN电子传输层的下层上表面的暴露部分还部分覆盖有n型欧姆电极，n-型欧姆电极的材质为N-型欧姆电极Al/Au、Cr/Au或Ti/Al/Ti/Au,n型欧姆电极面积为n-AlGaN电子传输层的下层的暴露部分面积的5％～95％；n-AlGaN层、本征AlGaN层、n-AlGaN电子传输层、多量子阱层、p-AlGaN电子阻挡层、p-AlGaN/p-GaN空穴注入层、电流扩展层的侧部，以及电流扩展层上表面的暴露部分、n-AlGaN电子传输层的下层的暴露部分覆盖有绝缘钝化层；
所述的SBD中，缓冲层上为n-AlGaN层，n-AlGaN层上表面的40％～60％覆盖有本征AlGaN层；n-AlGaN层的暴露部分的5％～100％覆盖有欧姆电极，欧姆电极为Al/Au、Cr/Au或Ti/Al/Ti/Au,本征AlGaN层4的5％～100％覆盖有肖特基接触电极,肖特基接触金属电极的材料为Ni/Au。
所述衬底为蓝宝石、SiC、Si、AlN、GaN或石英玻璃；衬底沿着外延生长方向的不同可以分成极性面[0001]衬底、半极性面[11-22]衬底或非极性面[1-100]衬底；
所述的缓冲层的材质为AlGaN，厚度为10nm～50nm；
所述的n-AlGaN层的厚度为1μm～6μm；
所述的本征AlGaN层的厚度为1μm～5μm；
所述的n-AlGaN电子传输层的厚度为1μm～5μm；
所述的多量子阱层的厚度为40nm～300nm；
所述的p-AlGaN电子阻挡层厚度为10nm～20nm；
所述的p-AlGaN/p-GaN空穴注入层厚度为50nm～500nm；
所述电流扩展层的材料为ITO、Ni/Au、氧化锌、石墨烯、铝或金属纳米线，厚度为3～300nm；
所述的绝缘层的材质为SiO2、Ta2O5或HfO2，厚度为20nm～200nm。
所述的同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片结构的制备方法，包括以下步骤：
第一步，首先在MOCVD反应炉中，将衬底在950℃～1400℃下进行烘烤，将衬底表面的异物进行清除，然后分别生长缓冲层，n-AlGaN层，本征的AlGaN层，n-AlGaN电子传输层，AlGaN/AlGaN多量子阱层，p-AlGaN电子阻挡层，p-AlGaN/p-GaN空穴注入层；
第二步，在第一步生长的片子上蒸镀电流扩展层；
第三步，在第二步得到的材质上通过光刻和深刻蚀，暴露至缓冲层，实现各分立器件之间的相互隔离；
第四步，在第二步得到的电流扩展层上，通过光刻和刻蚀工艺，对于DUV LED器件，器件一侧需要暴露出n-AlGaN电子传输层；而对于SBD器件，通过相同的刻蚀方法，暴露本征AlGaN层和n-AlGaN层；
第五步，在第四步的基础上，利用PECVD技术生长绝缘钝化层，厚度为20-200nm；
第六步，在第五步的基础上，通过光刻和湿法刻蚀技术，去除掉覆盖在DUV LED器件的p-型欧姆电极位置和n-型欧姆电极位置以及SBD器件的n-型欧姆接触电极位置和肖特基接触电极位置表面的绝缘钝化层；
第七步，利用光刻和电子束蒸镀技术，制作出DUV LED器件的p-型欧姆电极和n-型欧姆电极以及SBD器件的n-型欧姆接触电极和肖特基接触电极；同时实现分立器件之间的互联金属电极。
由此制得本发明的同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片。
上述同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片，所涉及的原材料均可通过一般性途径获得，其制备方法中的操作工艺是本技术领域的技术人员所具备的。
本发明的实质性特点为：
本发明的实现基于驱动DUV LED的基本设计思路，利用SBD的如下特性来驱动DUVLED，提出了一种同时具有SBD结构和DUV LED结构的集成光电子芯片。
其理论机理为：由于SBD是单向导通的(即加正向电压时SBD导通，外加反向偏压时SBD处于截止状态)，因此交流电中的正向偏压流经SBD时会被保留，交流电中的反向偏压会被SBD滤掉，交流电经过SBD结构后就会变成间断的脉冲直流电(如图10(b)所示)，间断式的脉冲直流电可以减少DUV LED器件的热效应，提高器件使用寿命。另一方面，当电路外加反向偏压时，SBD相比于DUV LED可以承担比较大的反向电压，不容易被击穿，SBD可以起到保护DUV LED和电路的作用，这也提高了芯片的耐用性。
如果采用传统的LED驱动器来驱动DUV LED器件，会增加成本，并且根据不同的需求需要采用不同的LED驱动器，也会在一定程度上增加电路的成本；如图13所示：如果在电路中采用传统的整流桥结构，交流电经过整流桥结构后变成直流电，这种不间断的直流供电方式相比于我们提出的间断式脉冲供电方式会导致DUV LED器件发热严重，在一定程度上会减少器件的使用寿命。而且相比于传统的LED驱动器或者整流桥，我们提出的这种集成芯片更简单，更直接，也可以降低成本。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明具有如下的突出的实质性特点和显著进步：
(1)传统的LED芯片都是通过直流电压(DC)供电，正常工作下外加偏压很低，一般在3至5V之间，无法直接由市路电压(220V交流电)直接供电。考虑到LED未来发展的普及化，想实现市路电压直接对LED的供电，电路中必须接入LED驱动器，这不仅会使电路比较繁琐，也会增加成本。为了解决这个问题，我们提出的同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片可由市路电压直接供电(220V)。当该集成光电子芯片处于正向偏压时(即AC信号的正半周期)，SBD处于导通状态，与SBD串联的DUV LED亦处于导通状态，则该集成光电子芯片允许电流的输运并产生光子(即LED是处于发光的状态)；从理论角度考虑，当外加反向偏压时(即AC信号的另一负半周期)，SBD处于关断状态，则整个串联电路也处于断开状态，此时电路中没有电流通过DUV LED，因此该集成光电子芯片不会产生光子(即LED此时不发光)。从实际角度考虑，该集成光电子芯片中的SBD是基于AlGaN层，该层禁带宽度大、临界电场高，所以当外加反向偏压时SBD结构可承担较高的击穿电压，同时漏电流较小，不足以使DUVLED击穿，电路中的器件不会被损坏，从而起到保护整个电路的作用。
(2)而且当市路电压(220V交流电)经过SBD以后整流成间断式的脉冲直流电[如图10(b)所示，交流电的负偏压被滤掉]，当外加正向偏压时DUV LED处于导通状态发光，当没有外加偏压时DUV LED熄灭，DUV LED不是一直处于导通状态，这种间断脉冲式的工作方式可以减少器件发热，延长使用寿命，保护电路，进一步提高了芯片的重复使用率。(如果是用传统的LED驱动器驱动LED的话，LED是一直处于导通发光的状态，器件会产生比较多的热，不仅会影响器件工作效率，对器件本身的使用寿命也会有一定的影响)。本发明中的结构可以提高器件一倍的性能，增加器件使用寿命一倍。
(3)本发明中同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片，制作工艺简单，易于操作，可重复性强，生产成本低。
附图说明
下面结合附图对本发明作近一步的说明。
图1为本发明中同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片结构示意图。
图2为本发明中初始的基片结构示意图。
图3为本发明中通过光刻和深刻蚀将单个器件隔离的示意图。
图4为本发明中通过光刻和刻蚀暴露出DUV LED中n-AlGaN电子传输层一侧示意图。
图5为本发明中通过光刻和刻蚀暴露SBD结构的本征AlGaN层。
图6为本发明中通过光刻和刻蚀暴露SBD结构n-AlGaN层的一侧。
图7为本发明中通过PECVD技术生长绝缘钝化层以及绝缘间隔层。
图8为本发明中通过光刻和刻蚀技术去掉DUV LED和SBD器件电极位置处覆盖的绝缘钝化层；
图9为本发明中通过光刻和电子束蒸镀技术制作DUV LED和SBD的电极以及分立器件之间的互联金属电极；
图10为本发明中同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片的工作原理图，其中，图10(a)为本发明的方法中，AC工作下的电路图，图10(b)为滤波前和滤波后的驱动电压信号波形图，图10(c)为用传统的整流结构整流前和整流后的驱动电压信号波形图。
图11为本发明的方法中，通过上述工艺实现的同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片图。
图12为经过一系列工艺方法，最终形成的SBD之间串联、DUV LED串联以及SBD和DUV LED连接的器件图。
图13为传统技术中一种桥式整流电路的结构图；
图14为本发明实现的SBD和DUV LED的阵列图；
图15为单个DUV LED以及同时具有SBD和DUV LED结构的器件外加反向偏压时的IV特性曲线的图；其中，图15(a)为单个DUV LED外加反向偏压时的IV特性曲线，图15(b)为同时具有SBD和DUV LED结构的器件外加反向偏压时的IV特性曲线；
其中，1，衬底；2，缓冲层；3，n-AlGaN层；4，本征AlGaN层；5，n-AlGaN电子传输层；6，多量子阱层；7，p-AlGaN电子阻挡层；8，p-AlGaN/p-GaN空穴注入层；9，电流扩展层；10，DUVLED的p-型欧姆电极；11，DUV LED的n-型欧姆电极；11，SBD的n-型欧姆接触电极；12，SBD的肖特基接触电极。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。
本发明的同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片结构如图14所示，包括排列为一行的n个SBD器件(n＝1～25)，以及位于其下的n列*m行(m＝4～50)的DUV LED；所述的SBD和DUV LED呈阵列排布；
其中，n个SBD器件为串联，右端的欧姆接触电极和上面的条形芯片电极相连；左端的肖特基接触电极和下一行正下方的DUV LED的n型欧姆电极相连，DUV LED的p型欧姆电极和相邻的DUV LED的n型欧姆电极相连；n列*m行的DUV LED呈蛇形排列串联；最下行的尾端的DUV LED的p型欧姆电极与下部的条形芯片电极相连；电极之间通过金属连接，所述的金属为Ni/Au、Cr/Au、Pt/Au或Ni/Al；
所述的SBD和DUV LED共用一个相同的衬底和缓冲层2；
如图1所示，在DUV LED中，缓冲层2上依次为n-AlGaN层3、本征AlGaN层4、n-AlGaN电子传输层5；所述的n-AlGaN电子传输层5为上、下层两部分，上层为下层投影面积的80％，上层厚度为下层厚度的10％～25％；n-AlGaN电子传输层5的上层依次覆盖有多量子阱层6、p-AlGaN电子阻挡层7、p-AlGaN/p-GaN空穴注入层8、电流扩展层9；电流扩展层9上还部分覆盖有p-型欧姆电极10，p-型欧姆电极10面积为电流扩展层9面积的5％～100％；n-AlGaN电子传输层5的下层上表面的暴露部分还部分覆盖有n型欧姆电极11，n型欧姆电极11面积为n-AlGaN电子传输层5的下层的暴露部分面积的5％～95％；n-AlGaN层3、本征AlGaN层4、n-AlGaN电子传输层5、多量子阱层6、p-AlGaN电子阻挡层7、p-AlGaN/p-GaN空穴注入层8、电流扩展层9的侧部，以及电流扩展层9上表面的暴露部分、n-AlGaN电子传输层5的下层的暴露部分覆盖有绝缘钝化层；
在SBD中，缓冲层2上为n-AlGaN层3，n-AlGaN层3上表面的40％～60％覆盖有本征AlGaN层4；n-AlGaN层3的暴露部分的5％～100％覆盖有n型欧姆电极11，本征AlGaN层4的5％～100％覆盖有肖特基接触电极12。
即在图1中，深紫外发光二极管器件(DUV LED)沿着外延生长方向依次包括：衬底1、缓冲层2、n-AlGaN层3、本征AlGaN层4、n-AlGaN电子传输层5、多量子阱层6、p-AlGaN电子阻挡层7、p-AlGaN/p-GaN空穴注入层8、电流扩展层9、p-型欧姆电极10和n-型欧姆电极11；SBD器件沿着外延方向依次为衬底1、缓冲层2、n-AlGaN层3、本征AlGaN层4、n-型欧姆接触电极11、肖特基接触电极12(图1左侧框中的器件结构为DUV LED，右侧框中的器件结构为SBD)。
图2是通过MOCVD技术生长出来的初始基片，在初始基片的基础上再通过一系列的技术手段实现图1所示的成品芯片。
图3所示表明，在图2的初始基片上通过光刻和深刻蚀工艺，刻蚀至缓冲层2位置，将单个器件隔离。
图4所示表明，在图3的器件隔离之后通过光刻和干法刻蚀工艺制作台阶，将DUVLED一侧曝露出n-AlGaN电子传输层5。
图5所示表明，在图4之后通过光刻和干法刻蚀工艺制作台阶，对于SBD器件将整个器件暴露至本征AlGaN层4。
图6所示表明，在图5实现的SBD器件一侧，通过光刻和干法刻蚀工艺制作台阶并暴露至n-AlGaN层3。
图7所示表明，在图6制作的基片基础上利用PECVD技术生长绝缘钝化层。
图8所示表明，通过光刻和湿法刻蚀技术，刻蚀掉深紫外发光二极管的p-型欧姆电极和n-型欧姆电极以及SBD器件的n-型欧姆电极和肖特基接触电极位置表面的绝缘钝化层，为下一步制作电极做准备。
图9所示表明，在图8的基础上通过光刻和电子束蒸镀技术，制作DUV LED器件和SBD器件的电极，以及分立器件之间的互联金属电极。
图10中，图10(a)所示表明AC工作下的电路图，图10(b)为滤波前和滤波后的驱动电压信号波形图，图10(c)为用传统的整流结构整流前和整流后的驱动电压信号波形图。图10(b)滤波后的驱动电压变为间断脉冲直流电，这与图10(c)中传统整流后的不间断的直流电相比，间断式脉冲直流电供电给DUV LED，可以减少DUV LED结构的器件热效应，改善器件性能，提高器件使用寿命。
图11所示表明，通过工艺实现完整的一种同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片结构示意图。
图12所示表明最终形成的SBD之间串联、DUV LED串联以及SBD和DUV LED连接的器件图。
图13所示表明传统技术中一种桥式整流电路的结构图；基于以上步骤可制作出本发明提出的一种同时具有肖特基的二极管(SBD)和深紫外发光二极管(DUV LED)的集成光电子芯片，该集成光电子芯片可以直接由市路电压(220V交流电)供电，省去了传统电路接入的LED驱动器，简化了电路，提高了发光效率和器件可靠性；此外，利用SBD的单向导通特性，该集成光电子芯片可实现对AC信号的滤波作用(如图10(b)所示，将正弦交流电的负偏压滤掉，只保留正偏压)，即间接实现脉冲信号下的驱动模式，则可以减小LED的发热，延长器件使用寿命，更有利于LED的普及。
当该集成光电子芯片处于正向偏压时(即AC信号的正半周期)，SBD处于导通状态，与SBD串联的DUV LED亦处于导通状态，则该集成光电子芯片允许电流的输运并产生光子；从理论角度考虑，当外加反向偏压时(即AC信号的另一负半周期)，SBD处于关断状态，则整个串联电路断开，此时没有电流通过DUV LED，因此该集成光电子芯片不会产生光子。从实际角度考虑，该集成光电子芯片中的SBD是基于AlGaN层，该层禁带宽度大、临界电场高，所以SBD可承担较高的击穿电压，同时漏电流较小，所以当集成光电子芯片外加反向偏压时不足以使DUV LED击穿(LED的击穿电压远小于SBD，所以当外加反向偏压时，从而起到保护整个电路的作用(DUV LED的反向击穿电压相比于SBD很小，所以如果电路中没有SBD承担较大的反向电压，LED很容易击穿，器件很容易损坏)。正是利用以上所述的SBD结构的单向导通性和可承担较大的反向击穿电压的特点，此集成光电子芯片不仅可以将正弦交流电转为脉冲的直流电，可以实现市路电压直接对此芯片的供电，还可以减少LED的发热现象，提高器件效率，增加器件使用寿命。
实施例1
一种同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片，该芯片具有6个SBD结构和36个DUV LED结构(如图14所示)，DUV LED沿着外延生长方向依次包括：衬底1、缓冲层2，厚度为30nm；n-AlGaN层3，厚度为1.5μm；本征的AlGaN层4，厚度为1.5μm；n-AlGaN电子传输层5，其中n-AlGaN电子传输层5分为两部分，下层厚度为3μm，上层厚度为0.5μm，上层为下层投影面积的80％；AlGaN/AlGaN多量子阱层6，量子阱和量子垒的厚度分别为3nm和10nm，共6对；p-AlGaN电子阻挡层7，厚度为15nm；p-AlGaN/p-GaN空穴注入层8，厚度为250nm；电流扩展层9，厚度为20nm；p-型欧姆电极10和n-型欧姆电极11，其中p-型欧姆电极10位于电流扩展层9的上方，厚度为200nm，p-型欧姆电极10面积为电流扩展层9面积的50％；n-型欧姆电极11位于n-AlGaN电子传输层5的暴露部分的上侧，厚度为200nm，n型欧姆电极面积为n-AlGaN电子传输层5的下层的暴露部分面积的50％；SBD器件沿着外延方向依次为衬底1、缓冲层2、n-AlGaN层3、本征AlGaN层4，本征AlGaN层4面积为n-AlGaN层3面积的40％，肖特基接触电极12位于本征AlGaN层4的上方，厚度为200nm，肖特基接触电极12面积为本征AlGaN层4面积的50％；n-型欧姆接触电极11位于n-AlGaN层暴露部分的上侧，厚度为200nm。不同器件之间有150nm厚的SiO2绝缘钝化层，再通过金属布线相互连接，DUV LED和SBD结构之间、相同DUVLED之间、相同SBD之间均有10μm的间隔距离，也就是图14中阵列之间的相邻间距。
每个SBD的尺寸为50μm x 50μm；DUV LED的尺寸为350μm x 350μm；
整体器件尺寸为2300μm x 2200μm。
所述的DUV LED的p型欧姆电极材质为Ni/Al，n型欧姆电极材质为Ti/Al/Ti/Au；所述的SBD的欧姆电极材质为Ti/Al/Ti/Au，肖特基接触电极材质为Ni/Au。
所述的上述一种同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片，其制备方法如下：
第一步，在MOCVD反应炉中，将衬底1在1300℃高温环境下进行烘烤，将衬底1表面的异物进行清除，然后分别生长缓冲层2；n-AlGaN层3；本征AlGaN层4；n-AlGaN电子传输层5；6对Al0.45Ga0.55N/Al0.55Ga0.45N多量子阱层6；p-Al0.6Ga0.4N电子阻挡层7；p-Al0.4Ga0.6N/p-GaN空穴注入层8。
第二步，在第一步得到的p-Al0.4Ga0.6N/p-GaN空穴注入层8上，通过蒸镀制作电流扩展层9，其材料是Ni/Au，厚度为20nm。
第三步，在第二步得到的基片上通过光刻和深刻蚀工艺，选择性刻蚀至缓冲层2位置，形成器件阵列，将单个SBD、DUV LED器件隔离；阵列中，DUV LED、SBD器件之间有10μm的间距。
第四步，在第三步得到的基片上通过光刻和干法刻蚀工艺制作台阶，将DUV LED一侧暴露出n-AlGaN电子传输层5，对于SBD器件使用相同的方法使器件暴露出本征AlGaN层4和n-AlGaN层3。
第五步，在第四得到的基片基础上通过PECVD技术生长绝缘钝化层以及绝缘间隔层，厚度为20-200nm。
第六步，在第五步的基础上通过光刻和湿法刻蚀，刻蚀出DUV LED的n-型欧姆电极和p-型欧姆电极以及SBD的n-型欧姆电极和肖特基接触电极位置处覆盖的绝缘层，为下一步制作电极做准备。
第七步，在第六步刻蚀出的电极位置，通过光刻和电子束蒸镀技术制作DUV LED和SBD的电极，以及实现分立器件连接的互联金属电极。
由此制得本发明的一种同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片。
从上面实施例可以看出，本发明由于利用SBD可以把交流电的负半部分滤掉，只保留正半部分，即只有外加正半部分的电压时DUV LED才会导通发光，而负半部分的电压因为被SBD滤掉，所以DUV LED不会导通；相比于直接把交流电的负半部分通过某种手段变成正的，会使DUV LED在通电期间一直处于导通发光状态，而我们所提出的结构中，DUV LED在外加负半部分电压时处于不亮的状态，相当于只有一半的电压可以使DUV LED导通，所以从理论上推测，本专利所提出的结构可以减少一倍的发热，增加器件的使用寿命。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案后的技术方案，均落于本发明的保护范围。
本发明未尽事宜为公知技术。
由此制得本发明的一种同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片。
图15为通过Crosslight公司的APSYS软件仿真计算得到的单个DUV LED结构以及同时具有DUV LED和SBD结构的反向IV特性，图15(a)为单个DUV LED结构的反向IV特性曲线，单个DUV LED结构的击穿电压为14V，图15(b)为同时具有SBD和DUV LED结构的反向IV特性曲线，而同时具有DUV LED和SBD结构的击穿电压可以提高到1000V左右，可见我们提出的器件结构可以有效提高器件的反向击穿电压，从而起到保护电路的作用。
通过以上实施例，我们所提出的具有SBD结构的发光二极管器件不需要LED驱动器，可以直接由市路电压供电，这样不仅电路简单明了，还可以降低成本。本发明提出而一种具有肖特基的二极管(SBD)和的深紫外发光二极管(DUV LED)集成的光电子芯片，可以直接由市路电压供电，省去了LED驱动器，简化了电路，提高了发光效率和器件可靠性；此外，利用SBD的单向导通特性，该集成光电子芯片可实现对AC信号的滤波作用，即间接实现脉冲信号下的驱动模式，则可以减小LED的发热，延长器件使用寿命，更有利于LED的普及。
当该集成光电子芯片处于正向偏压时(即AC信号的一半周期)，SBD处于导通状态，与SBD串联的DUV LED亦处于导通状态，则该集成光电子芯片允许电流的输运并产生光子；从理论角度考虑，当外加反向偏压时(即AC信号的另一半周期)，SBD处于关断状态，则整个串联电路断开，没有电流通过DUV LED，因此该集成光电子芯片不会产生光子。从实际角度考虑，该集成光电子芯片中的SBD是基于AlGaN层，该层禁带宽度大、临界电场高，所以SBD可承担较高的击穿电压，同时漏电流较小，不足以使DUV LED击穿，从而起到保护整个电路的作用。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (6)

1.一种同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片结构，其特征为该结构包括排列为一行的n个SBD器件，以及位于其下的n列*m行的DUV LED；所述的SBD和DUV LED呈阵列排布；其中，n＝1～25，m＝4～50；
其中，n个SBD器件为串联，右端的欧姆接触电极和上面的条形芯片电极相连；左端的肖特基接触电极和下一行正下方的DUV LED的n型欧姆电极相连，DUV LED的p型欧姆电极和相邻的DUV LED的n型欧姆电极相连；n列*m行的DUV LED呈蛇形排列串联；最下行的尾端的DUVLED的p型欧姆电极与下部的条形芯片电极相连；
所述的SBD和DUV LED共用一个相同的衬底和缓冲层；
所述的DUV LED中，缓冲层上依次为n-AlGaN层、本征AlGaN层、n-AlGaN电子传输层；所述的n-AlGaN电子传输层为上、下层两部分，上层为下层投影面积的80％，上层厚度为下层厚度的10％～25％；n-AlGaN电子传输层的上层依次覆盖有多量子阱层、p-AlGaN电子阻挡层、p-AlGaN/p-GaN空穴注入层、电流扩展层；电流扩展层上还部分覆盖有p-型欧姆电极，p-型欧姆电极面积为电流扩展层面积的5％～100％；n-AlGaN电子传输层的下层上表面的暴露部分还部分覆盖有n-型欧姆电极，n-型欧姆电极面积为n-AlGaN电子传输层的下层的暴露部分面积的5％～95％；n-AlGaN层、本征AlGaN层、n-AlGaN电子传输层、多量子阱层、p-AlGaN电子阻挡层、p-AlGaN/p-GaN空穴注入层、电流扩展层的侧部，以及电流扩展层上表面的暴露部分、n-AlGaN电子传输层的下层的暴露部分覆盖有绝缘层；
所述的SBD中，缓冲层上为n-AlGaN层，n-AlGaN层上表面的40％～60％覆盖有本征AlGaN层；n-AlGaN层的暴露部分的5％～100％覆盖有欧姆电极，本征AlGaN层的5％～100％覆盖有肖特基接触电极。
2.如权利要求1所述的同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片结构，其特征为电极之间通过金属连接，所述的金属为Ni/Au、Cr/Au、Pt/Au或Ni/Al。
3.如权利要求1所述的同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片结构，其特征为所述的衬底为蓝宝石、SiC、Si、AlN、GaN或石英玻璃；
所述的缓冲层的材质为AlGaN，厚度为10nm～50nm；
所述的n-AlGaN层的厚度为1μm～6μm；
所述的本征AlGaN层的厚度为1μm～5μm；
所述的n-AlGaN电子传输层的厚度为1～5μm；
所述的多量子阱层的厚度为40nm～300nm；
所述的p-AlGaN电子阻挡层厚度为10nm～20nm；
所述的p-AlGaN/p-GaN空穴注入层的厚度为50nm～500nm；
所述的电流扩展层的材质为ITO、Ni/Au、氧化锌、石墨烯、铝或金属纳米线，厚度为3～300nm。
4.如权利要求1所述的同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片结构，其特征为所述的绝缘层的材质为SiO2、Ta2O5或HfO2，厚度为20nm～200nm。
5.如权利要求1所述的同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片结构，其特征为p-型欧姆电极的材质为Ni/Au、Cr/Au、Pt/Au或Ni/Al；n-型欧姆电极的材质为N-型欧姆电极Al/Au、Cr/Au或Ti/Al/Ti/Au；欧姆电极为Al/Au、Cr/Au或Ti/Al/Ti/Au；肖特基接触金属电极的材料为Ni/Au。
6.如权利要求1所述的同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片结构的制备方法，其特征为包括以下步骤：
第一步，首先在MOCVD反应炉中，将衬底在950℃～1400℃下进行烘烤，将衬底表面的异物进行清除，然后分别生长缓冲层，n-AlGaN层，本征的AlGaN层，n-AlGaN电子传输层，AlGaN/AlGaN多量子阱层，p-AlGaN电子阻挡层，p-AlGaN/p-GaN空穴注入层；
第二步，在第一步生长的片子上蒸镀电流扩展层；
第三步，在第二步得到的材质上通过光刻和深刻蚀，暴露至缓冲层，实现各分立器件之间的相互隔离；
第四步，在第二步得到的电流扩展层上，通过光刻和刻蚀工艺，对于DUV LED器件，器件一侧需要暴露出n-AlGaN电子传输层；而对于SBD器件，通过相同的刻蚀方法，暴露本征AlGaN层和n-AlGaN层；
第五步，在第四步的基础上，利用PECVD技术生长绝缘钝化层以及绝缘间隔层，厚度为20-200nm；
第六步，在第五步的基础上，通过光刻和湿法刻蚀技术，去除掉覆盖在DUV LED器件的p-型欧姆电极位置和n-型欧姆电极位置以及SBD器件的n-型欧姆接触电极位置和肖特基接触电极位置表面的绝缘层；
第七步，利用光刻和电子束蒸镀技术，制作出DUV LED器件的p-型欧姆电极和n-型欧姆电极以及SBD器件的n-型欧姆接触电极和肖特基接触电极；同时实现分立器件之间的互联金属电极；
由此制得本发明的同时具有SBD和DUV LED结构的集成光电子芯片。
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