[实用新型]一种深紫外二极管外延片和芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种深紫外二极管外延片和芯片。

背景技术

相比于传统的紫外发光技术，如紫外线低压汞灯，基于半导体AlGaN材料的紫外发光二极管具有多方面的优势，具体如：寿命长，可高达5万小时以上；无须预热时间，反应速度很快（约在10-9秒）；发光谱线纯净，一般发光峰的FWHM可控制在15nm以内；体积小，可靠性高，容易制成极小或阵列式器件；适合批量生产；为固体光源，无须用到汞等对环境极不友好的材料，是一种绿色污染的新型紫外光源。因此，AlGaN基半导体深紫外发光二极管在很多领域有着重大的应用潜力，如固化、医疗卫生、杀菌消毒、通过紫外线激发荧光粉获取高品质白光等。

然而，目前AlGaN基紫外发光二极管的发光效率还比较低，特别是波长短于320nm的紫外发光二极管（UV-LED）的发光效率普遍在1%以下，内量子效率普遍低于10%。造成上述现象的主要原因有几个方面：一方面是由于材料的晶体质量所引起的，AlGaN材料的缺陷密度较高，造成内量子效率的低下；另一方面则是由器件制备工艺和电极材料选择导致的。在LED的器件典型制备过程中，都需要用到刻蚀以制备电极，而刻蚀往往会给AlGaN材料带来损伤。众所周知，对于GaN材料，刻蚀损伤造成的N空位以浅能级施主出现，反而使得费米能级向导带靠近，从而比较容易获得欧姆接触电极。不同于GaN材料，AlGaN材料，特别是高Al组分的AlGaN材料在等离子刻蚀后，N空位不再是浅能级施主，而是作为深能级缺陷存在，会使费米能级远离导带，从而使得欧姆接触电极的制备比较困难，导致AlGaN基LED的开启电压增加；另外一方面，大多数材料对于紫外线特别是深紫外线存在强烈吸收，目前在AlGaN基LED普遍使用的Ti/Al/Ti/Au等电极材料正是如此，同时，由于AlGaN材料的掺杂效率较低，因此，一般电极尺寸相对较大，从而使得LED的出光效率进一步降低。

对于上述由于器件制备工艺和电极材料选择引起的问题，目前国际上仍未有相应的系统解决方案，一般仍然采用刻蚀后直接蒸镀电极的方式，而电极材料也普遍为Ti/Al/Ti/Au等。

实用新型内容

本实用新型提供一种深紫外二极管外延片和芯片，改善了芯片制备过程中刻蚀所带来的材料损伤并提高了深紫外发光二极管的出光效率。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种深紫外二极管外延片，包括：衬底，设置在所述衬底上的低温AlN成核层，设置在所述低温AlN成核层上的高温AlN本征层，设置在所述高温AlN本征层上的n型Al_xGa_1-xN层，设置在所述n型Al_xGa_1-xN层上的Al_yGa1_-yN/Al_zGa_1-zN多量子阱层、设置在所述Al_yGa_1-yN/Al_zGa_1-zN多量子阱层上的p型Al_uGa_1-uN电子阻挡层、设置在所述p型Al_uGa_1-uN电子阻挡层上的p型GaN层。

进一步地，所述衬底为蓝宝石、碳化硅或AlN。

进一步地，所述高温AlN本征层的厚度为0.3-100微米。

进一步地，所述n型Al_xGa_1-xN层的厚度为0.1-10微米。

进一步地，所述Al_yGa_1-yN/Al_zGa_1-zN多量子阱层的厚度为1-500纳米。

进一步地，所述Al_yGa1_-yN/Al_zGa_1-zN多量子阱层的势垒层厚度为10nm，势阱层厚度为3nm，量子阱的周期为10个。

进一步地，所述p型Al_uGa_1-uN电子阻挡层的厚度为1-200纳米。

进一步地，所述p型GaN层的厚度为1-200纳米。

一种深紫外二极管芯片，包括所述外延片，所述外延片的n型Al_xGa_1-xN层上方设有n电极，所述外延片的p型GaN层上方设有p电极。