CN217507340U - 一种提高光功率与可靠性的深紫外led芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片，所述深紫外LED芯片包括衬底(1)和位于所述衬底(1)上的AlN模板(2)，所述AlN模板(2)上设有三个以上的彼此并联的并联芯片，相邻两个所述并联芯片之间彼此间隔开。其在不改变整颗芯片尺寸的条件下，由于设置了深刻蚀槽而增加了各个并联芯片侧面的出光效率，进一步提高了整颗芯片的光功率；同时利用并联分流的原理，由于并联独立的电路通道，避免了任何一个并联芯片由于漏电而导致整颗芯片死灯的情况，大大提高了芯片器件应用的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体芯片制备技术领域，涉及一种深紫外LED (发光二极管)芯片及，尤其涉及一种提高光功率与可靠性的深紫外 LED芯片。
背景技术
近年来，随着全球LED行业技术的进步，LED发光波段已由可见光波段拓展到紫外、深紫外波段。紫外LED具有光催化、医疗光线疗法、保健与空气净化、杀菌等作用。
目前，深紫外LED的外量子经过10多年研究和发展，280nm以下的深紫外LED的外量子效率已超过5％，对应发光功率大于5mW，寿命达5000h。然而，与InGaN材料的蓝光LED的60％的外量子效率来比，还是相差甚远。
深紫外LED的P-GaN空穴传导层对深紫外光具有很强的吸收。同时，深紫外LED芯片采用倒装结构，在光从背面透出的过程中，由于深紫外LED外延片中的内部接触层材料以及外延层结构相互之间的光吸收现象而导致发光效率低、亮度较低。而且，n电极和p电极位于外延片同侧，电流拥堵现象仍然存在，这会导致芯片散热性差、寿命低、外量子效率低，致使大部分电能转化为热能。
鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种新型的深紫外发LED芯片。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提出一种提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片，其能够降低深紫外LED芯片的电压，提高其亮度，并大大提高了深紫外LED芯片器件应用的可靠性。
为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片，其包括衬底和位于所述衬底上的AlN模板，其特征在于，所述AlN模板上设有三个以上的彼此并联的并联芯片，相邻两个所述并联芯片之间彼此间隔开。
优选地，相邻两个所述并联芯片之间彼此间隔开的距离相等。
优选地，相邻两个所述并联芯片之间彼此间隔开的距离为 15um-25um。
优选地，每个所述并联芯片都包括设置在所述AlN模板上的超晶格应力缓冲层、设置在所述超晶格应力缓冲层上的n-AlGaN层(4)、设置在所述n-AlGaN层上的n欧姆接触电极和多量子阱结构层、设置在所述多量子阱结构层上的电子阻挡层、设置在所述电子阻挡层上的 p-GaN空穴传导层、设置在所述p-GaN空穴传导层上的p欧姆接触电极以及设置在所述n欧姆接触电极上的n焊盘电极和设置在所述p欧姆接触电极上p焊盘电极。
优选地，所述n欧姆接触电极由金属体系Ti/Al/Ti/Au/Ti制成。
优选地，所述n欧姆接触电极的厚度为20/60/50/20/20nm。
优选地，所述p欧姆接触电极由金属体系Ni/Au/Ti制成。
优选地，所述p欧姆接触电极的厚度为10/200/20nm。
与现有技术相比，本实用新型的提高光功率与可靠性的深紫外 LED芯片具有如下有益技术效果中的一者或多者：
1、其通过设置深刻蚀槽，一方面能够避免最终成品的多个并联芯片之间电连接，另一方面在通入与原尺寸芯片相同的电流密度时，增加了各个并联芯片侧面的出光效率，进一步提高了整颗芯片的光功率。
2、其整颗芯片具有多个并联芯片，利用并联分流的原理，每一个分流的并联芯片在通入外部电流的1/3(在具有3个并联芯片的情况下)电流下，由于并联独立的电路通道，避免了任何一个并联芯片由于漏电而导致整颗芯片死灯的情况，大大提高了深紫外LED芯片器件应用的可靠性；
3、其制备工艺均为常规工艺，易于实现。
附图说明
图1是本实用新型的提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片的结构示意图。
图2是制备本实用新型的提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片所使用的深紫外LED外延片的结构示意图。
图3是在图2所示的深紫外LED外延片上制备了n电极平台后的结构示意图。
图4是在图3的基础上制备了深刻蚀区域后的示意图。
图5是在图4的基础上制备了n欧姆接触电极和p欧姆接触电极后的结构示意图。
图6是在图5的基础上沉积了钝化层并去除掉了n欧姆接触电极和p欧姆接触电极上的钝化层后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明，实施例的内容不作为对本实用新型的保护范围的限制。
针对目前不同尺寸的深紫外LED芯片，外部注入电流越高，电光转换效率相对提高，即光功率相对提高，但同时电压也相对升高，并且电流注入密度升高，芯片散热变差、光衰维持率降低的问题，本实用新型提出通过深刻蚀槽将同一尺寸的深紫外LED芯片分成3个或者 3个以上的并联结构的小芯片，从而在不改变整颗芯片尺寸的条件下，通入与原尺寸芯片相同的电流密度，一方面由于深刻蚀增加了各个并联芯片侧面的出光效率，进一步提高整颗芯片的光功率，同时利用并联分流的原理，每一个分流的小芯片在通入外部电流的1/3(分成3 个小芯片的情况下)电流下，由于并联独立的电路通道，避免了任何一个并联的小芯片由于漏电而导致整颗芯片死灯的情况，大大提高了芯片器件应用的可靠性。
图1示出了本实用新型的提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片的结构示意图。如图1所示，本实用新型的提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片包括衬底1和位于所述衬底1上的AlN模板2。其中，所述AlN模板2上设有三个以上的彼此并联的并联芯片，相邻两个所述并联芯片之间彼此间隔开。
在本实用新型中，三个以上包括三个。并且，在图1所示的结构中，所述AlN模板2上设有三个彼此并联的并联芯片。
其中，每个所述并联芯片都包括设置在所述AlN模板2上的超晶格应力缓冲层3、设置在所述超晶格应力缓冲层3上的n-AlGaN层4、设置在所述n-AlGaN层4上的n欧姆接触电极8和多量子阱结构层5、设置在所述多量子阱结构层5上的电子阻挡层6、设置在所述电子阻挡层6上的p-GaN空穴传导层7、设置在所述p-GaN空穴传导层7上的p欧姆接触电极9以及设置在所述n欧姆接触电极8上的n焊盘电极11和设置在所述p欧姆接触电极9上p焊盘电极12。
优选地，相邻两个所述并联芯片之间彼此间隔开的距离相等。
更优选地，相邻两个所述并联芯片之间彼此间隔开的距离为 15um-25um。
此外，在本实用新型中，所述n焊盘电极11与p焊盘电极12 之间设有钝化层10。并且，相邻两个所述并联芯片之间也设有钝化层10。
下面描述本实用新型的提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片的制备方法，以便于本领域技术人员能够根据本实用新型的描述制备出所述深紫外LED芯片。所述制备包括以下步骤：
1、提供一深紫外LED外延片。
在本实用新型中，如图2所示，所述深紫外LED外延片与常用的深紫外LED外延片类似，其包括依次叠加的衬底1、AlN模板2、超晶格应力缓冲层3、n-AlGaN层4、多量子阱结构层5、电子阻挡层6和p-GaN 空穴传导层7。
其中，优选地，所述衬底1为蓝宝石衬底。并且，所述超晶格应力缓冲层3为AlN/AlGaN层。所述电子阻挡层6为p-AlGaN层。
2、通过光刻与干法刻蚀的方法对所述深紫外LED外延片的三个以上的区域进行刻蚀，以刻蚀到所述n-AlGaN层4，从而制备出三个以上的n电极台面a。
在本实用新型中，与常规的深紫外LED芯片只制备一个n电极台面不同，而是如图3所示的那样，在所述深紫外LED外延片上制备出三个以上的n电极台面a。
优选地，三个以上的所述n电极台面a彼此间隔开的距离相同。
如图3所示，在对所述LED外延片的三个以上的区域进行刻蚀时，要刻蚀掉所述p-GaN空穴传导层7、电子阻挡层6和多量子阱结构层5，以暴露出所述n-AlGaN层4。当然，根据需要，可以只刻蚀到所述 n-AlGaN层4的表面或者将所述n-AlGaN层4也刻蚀一部分。
根据所述深紫外LED外延片各层的厚度，优选地，在制备所述n 电极台面a时，刻蚀深度为800-1200nm。
3、通过光刻与干法刻蚀的方法对紧邻每个所述n电极台面a一侧的区域进行刻蚀，以刻蚀到所述AlN模板2，从而制备出多个深刻蚀区域b。
与常规的深紫外LED芯片制备方法中在制备了n电极台面后即蒸镀n欧姆接触电极不同，在本实用新型中，在制备了n电极台面a之后，如图4所示，还需要对紧邻每个所述n电极台面a一侧的区域进行刻蚀，以刻蚀到所述AlN模板2，从而制备出多个深刻蚀区域b。
其中，在对紧邻每个所述n电极台面a一侧的区域进行刻蚀时，要刻蚀掉所述p-GaN空穴传导层7、电子阻挡层6、多量子阱结构5、n-AlGaN层4和超晶格应力缓冲层3，以暴露出所述AlN模板2。
根据所述深紫外LED外延片各层的厚度，优选地，刻蚀深度为 2600-2800nm。更优选地，蚀刻宽度为15um-25um。
在本实用新型中，通过该步骤的深刻蚀工艺，一方面能够避免最终成品的多个并联芯片之间电连接，另一方面使得在通入与原尺寸芯片相同的电流密度时，增加了各个并联芯片侧面的出光效率，进一步提高了整颗芯片的光功率。同时，利用并联分流的原理，使得每一个分流的并联芯片在通入外部电流的1/3(分成三个并联芯片的情况下) 电流下，由于并联独立的电路通道，避免了任何一个并联芯片由于漏电而导致整颗芯片死灯的情况，大大提高了芯片器件应用的可靠性。
需要说明的是，在本实用新型中，通过深刻蚀，也就是，刻蚀到所述AlN模板2，使得多个并联芯片之间彼此间隔开，而不会电连接。
4、通过光刻与蒸镀工艺在各个所述n电极台面a上蒸镀n欧姆接触电极8。
优选地，所述n欧姆接触电极8由金属体系Ti/Al/Ti/Au/Ti制成且其厚度为20/60/50/20/20nm。也就是，所述n欧姆接触电极8由厚度为 20nm的Ti膜、厚度为60nm的Al膜、厚度为50nm的Ti膜、厚度为20nm 的Au膜和厚度为20nm的Ti膜依次叠加而成。
更优选地，在蒸镀了所述n欧姆接触电极8后，要对其进行高温退火处理，且所述高温退火处理的氛围为N2，退火温度为900℃，退火时间为30s。通过高温退火，使得所述n欧姆接触电极8与所述n-AlGaN 层4之间能更好地形成欧姆接触。
5、通过光刻与蒸镀工艺在所述p-GaN空穴传导层7的各个未刻蚀区域上蒸镀p欧姆接触电极9。
优选地，所述p欧姆接触电极9由金属体系Ni/Au/Ti制成且其厚度为10/200/20nm。也就是，所述p欧姆接触电极9由厚度为20nm的Ni 膜、厚度为200nm的Au膜和厚度为20nm的Ti依次叠加而成。
同样，在蒸镀了所述p欧姆接触电极9后，要对其进行退火处理，且所述退火处理的氛围为N2，退火温度为550℃，退火时间为180s。通过退火处理，使得所述p欧姆接触电极9与所述p-GaN空穴传导层7 之间能形成良好的欧姆接触。
在制备了p欧姆接触电极9后，其结构如图5所示。
需要说明的是，在本实用新型中，所述n型欧姆接触电极8与p型欧姆接触电极9的最后一层均为Ti金属。由于Au与SiO2的亲润性较差，深紫外LED芯片一般需要在电极上进行SiO2钝化保护，SiO2保护层超过 500nm时，沉积在Au层上时往往会出现裂纹，失去钝化意义，使深紫外LED芯片漏电良率降低。因此，在本实用新型中，在Au层上需要一种在空气中稳定又与SiO2的亲润性很好的金属Ti膜。
6、整体沉积一层钝化层10。
与现有技术类似，在制备了所述p欧姆接触电极9之后，需要整体沉积一层钝化层10。
在本实用新型中，可以使用PECVD机台通过沉积的常规工艺在各个所述n型欧姆接触电极8与p型欧姆接触电极9上，以及各个深刻蚀区域b上均沉积钝化层。优选地，所述钝化层10为SiO2层。
通过沉积所述钝化层10，一方面能够防止各个并联芯片内部的n 欧姆接触电极8和p欧姆接触电极9之间能够漏电，同时能够避免各个所述并联芯片之间能够电连接。
7、通过光刻和湿法腐蚀的方式去除掉各个所述n欧姆接触电极8 和p欧姆接触电极9上的所述钝化层10，以暴露出所述n欧姆接触电极8 与p欧姆接触电极9的表面。
通过此步骤后，其结构如图6所示。
8、通过光刻与蒸镀工艺在各个所述n欧姆接触电极8上制备n焊盘电极11并在各个所述p欧姆接触电极9上制备p焊盘电极12。
通过此步骤，获得本实用新型的提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片，其结构如图1所示。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制。本领域的技术人员，依据本实用新型的思想，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片，其包括衬底(1)和位于所述衬底(1)上的AlN模板(2)，其特征在于，所述AlN模板(2)上设有三个以上的彼此并联的并联芯片，相邻两个所述并联芯片之间彼此间隔开。
2.根据权利要求1所述的提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片，其特征在于，相邻两个所述并联芯片之间彼此间隔开的距离相等。
3.根据权利要求2所述的提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片，其特征在于，相邻两个所述并联芯片之间彼此间隔开的距离为15um-25um。
4.根据权利要求1所述的提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片，其特征在于，每个所述并联芯片都包括设置在所述AlN模板(2)上的超晶格应力缓冲层(3)、设置在所述超晶格应力缓冲层(3)上的n-AlGaN层(4)、设置在所述n-AlGaN层(4)上的n欧姆接触电极(8)和多量子阱结构层(5)、设置在所述多量子阱结构层(5)上的电子阻挡层(6)、设置在所述电子阻挡层(6)上的p-GaN空穴传导层(7)、设置在所述p-GaN空穴传导层(7)上的p欧姆接触电极(9)以及设置在所述n欧姆接触电极(8)上的n焊盘电极(11)和设置在所述p欧姆接触电极(9)上的p焊盘电极(12)。
5.根据权利要求4所述的提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片，其特征在于，所述n欧姆接触电极(8)由金属体系Ti/Al/Ti/Au/Ti制成。
6.根据权利要求5所述的提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片，其特征在于，所述n欧姆接触电极(8)的厚度为20/60/50/20/20nm。
7.根据权利要求4所述的提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片，其特征在于，所述p欧姆接触电极(9)由金属体系Ni/Au/Ti制成。
8.根据权利要求7所述的提高光功率与可靠性的深紫外LED芯片，其特征在于，所述p欧姆接触电极(9)的厚度为10/200/20nm。
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| CN202220220264.8U CN217507340U (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 一种提高光功率与可靠性的深紫外led芯片 |
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| CN202220220264.8U CN217507340U (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 一种提高光功率与可靠性的深紫外led芯片 |
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| CN (1) | CN217507340U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024120154A1 (zh) * | 2022-12-09 | 2024-06-13 | 苏州紫灿科技有限公司 | 紫外发光二极管及其制造方法 |
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2022
- 2022-01-26 CN CN202220220264.8U patent/CN217507340U/zh active Active
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| WO2024120154A1 (zh) * | 2022-12-09 | 2024-06-13 | 苏州紫灿科技有限公司 | 紫外发光二极管及其制造方法 |
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