深紫外LED芯片及其制造方法技术

本申请公开了一种深紫外LED芯片及其制造方法，该深紫外LED芯片包括：外延结构，具有相对的第一表面和第二表面，外延结构包括P型半导体层、N型半导体层以及P型半导体层与N型半导体层所夹的多量子阱层，P型半导体层暴露于外延结构的第一表面；多个接触孔，自外延结构的第一表面向第二表面延伸，多个接触孔的底部位于P型半导体层中；以及多个金属纳米层，位于相应接触孔中，金属纳米层与P型半导体层接触。该深紫外LED芯片在接近量子阱层的P型半导体层中设计多个接触孔，并在其中制备金属纳米层实现局域表面等离子激元效应，同时利用P型硅纳米层提供空穴，提升深紫外LED芯片的内量子效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
深紫外LED芯片及其制造方法


[0001]本申请涉及半导体制造
，更具体地，涉及一种深紫外LED芯片及其制造方法。

技术介绍

[0002]在深紫外LED芯片(Light
‑
Emitting Diode，发光二极管)中，为了与P型半导体层获得较好的欧姆接触效果以及更高的空穴浓度，需要在P型半导体层上再生长一层p
‑
GaN层，然而，p
‑
GaN层会吸收大量的深紫外光，严重影响深紫外LED芯片的发光量。
[0003]因此，需要研发深紫外LED芯片及其制造方法，希望在P型半导体层获得较高的空穴浓度同时，提高深紫外LED芯片的内量子效率，进而提高紫外LED芯片的发光量。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种深紫外LED芯片及其制造方法，在接近量子阱层的P型半导体层中设计多个接触孔，并在其中制备金属纳米层实现局域表面等离子激元效应，同时利用P型硅纳米层提供空穴，利用以上两个技术方案来提升深紫外LED芯片的内量子效率。
[0005]根据本专利技术实施例的一方面，提供了一种深紫外LED芯片，包括：外延结构，具有相对的第一表面和第二表面，所述外延结构包括P型半导体层、N型半导体层以及所述P型半导体层与所述N型半导体层所夹的多量子阱层，所述P型半导体层暴露于所述外延结构的第一表面；多个接触孔，自所述外延结构的第一表面向第二表面延伸，各所述接触孔的底部位于所述P型半导体层中；以及多个金属纳米层，位于相应的所述接触孔中，所述金属纳米层与所述P型半导体层接触。
[0006]可选地，所述多量子阱层中的载流子借助局域表面等离激元模式共振发光。
[0007]可选地，各所述接触孔的底部与所述多量子阱层顶部之间的距离在10nm～50nm之间。
[0008]可选地，所述多个接触孔呈均匀的三方阵列分布或四方阵列分布。
[0009]可选地，各所述接触孔的特征尺寸在数十纳米到数微米的范围之间。
[0010]可选地，各所述金属纳米层是由金属纳米颗粒组成的，所述金属纳米颗粒的尺寸在数十纳米到数百纳米的范围之间。
[0011]可选地，所述金属纳米颗粒的材料包括：金、银、铝中的至少一种。
[0012]可选地，所述金属纳米颗粒的表面被介质层包裹。
[0013]可选地，所述介质层的材料包括：SiO2、SiN
X
、TiO2、Al2O3中的至少一种。
[0014]可选地，还包括多个P型的硅纳米层，位于相应的所述接触孔中，所述硅纳米层覆盖所述金属纳米层，并与所述P型半导体层接触。
[0015]可选地，各所述硅纳米层是由硅纳米颗粒组成的，所述硅纳米颗粒的尺寸在数十纳米到数百纳米范围之间，所述硅纳米层的厚度范围在数纳米至数十纳米之间。
[0016]可选地，还包括反射镜层，所述反射镜层覆盖所述P型半导体层与各所述硅纳米层。
[0017]可选地，还包括金属阻挡层，所述金属阻挡层覆盖所述反射镜层。
[0018]可选地，还包括：衬底，与所述外延结构的第二表面接触；至少一个通孔，自所述金属阻挡层延伸至所述N型半导体层上并露出所述N型半导体层；至少一个导电部，位于相应所述通孔中并与暴露出的所述N型半导体层接触，各所述导电部分别与所述P型半导体层、所述多量子阱层、所述金属纳米层、所述硅纳米层、所述反射镜层和所述金属阻挡层隔开；绝缘层，位于所述金属阻挡层上，并填充在各所述通孔中，所述绝缘层具有露出所述导电部表面的N导电通道和露出所述金属阻挡层表面的P导电通道；N电极，位于所述绝缘层上，部分所述N电极穿过所述N导电通道与所述导电部相连；以及P电极，位于所述绝缘层上，部分所述P电极穿过所述P导电通道与所述金属阻挡层相连，其中，所述N电极与所述P电极分隔。
[0019]可选地，还包括至少一个凹槽，位于所述衬底的边缘，自所述金属阻挡层延伸至所述N型半导体层上，所述绝缘层还覆盖所述凹槽的侧壁及所述N型半导体层。
[0020]可选地，所述外延结构还包括位于所述衬底上的缓冲层、AlN层、AlN/AlGaN超晶格层，其中，沿所述外延结构的第二表面向第一表面的方向，所述缓冲层、所述AlN层、所述AlN/AlGaN超晶格层、所述N型半导体层、所述多量子阱层以及所述P型半导体层依次堆叠。
[0021]可选地，还包括：至少一个通孔，自所述金属阻挡层延伸至所述N型半导体层上并露出所述N型半导体层；至少一个导电部，位于相应所述通孔中并与所述N型半导体层接触，各所述导电部分别与所述P型半导体层、所述多量子阱层、各所述金属纳米层、各所述硅纳米层、所述反射镜层和所述金属阻挡层隔开；绝缘层，覆盖所述金属阻挡层，并填充在各所述通孔中，所述绝缘层具有露出所述导电部表面的N导电通道；第一键合层，覆盖所述绝缘层，并穿过所述N导电通道与所述导电部相连；第二键合层，位于衬底上，并与所述第一键合层相连，所述衬底作为N电极；至少一个凹槽，位于所述衬底的边缘，自所述外延结构的第二表面延伸至所述金属阻挡层上；以及P电极，位于所述凹槽中，并与所述金属阻挡层相连。
[0022]可选地，还包括钝化层，所述钝化层覆盖所述外延结构的第二表面及所述凹槽的侧壁。
[0023]根据本专利技术实施例的另一方面，提供了一种深紫外LED芯片的制造方法包括：在第一衬底上形成外延结构，所述外延结构具有相对的第一表面和第二表面，所述第二表面与所述第一衬底相连，所述外延结构包括P型半导体层、N型半导体层以及所述P型半导体层与所述N型半导体层所夹的多量子阱层，所述P型半导体层暴露于所述外延结构的第一表面；形成多个接触孔，所述多个接触孔自所述外延结构的第一表面向第二表面延伸，各所述多个接触孔的底部位于所述P型半导体层中；以及在各所述接触孔中形成金属纳米层，各所述金属纳米层与所述P型半导体层接触。
[0024]可选地，所述多量子阱层中的载流子借助局域表面等离激元模式共振发光。
[0025]可选地，所述形成多个接触孔的步骤包括：采用步进式光刻或纳米压印技术中的一种在所述P型半导体层上形成多孔结构的掩膜；以及采用低损伤ICP/RIE刻蚀技术或ALE原子层刻蚀技术中的一种经所述掩膜的各孔去除部分所述P型半导体层以形成所述多个接触孔。
[0026]可选地，各所述接触孔的底部与所述多量子阱层顶部之间的距离在10nm～50nm之
间。
[0027]可选地，所述多个接触孔呈均匀的三方阵列分布或四方阵列分布。
[0028]可选地，各所述接触孔的特征尺寸在数十纳米到数微米的范围之间。
[0029]可选地，所述在各所述接触孔中形成金属纳米层的步骤包括：采用旋涂或喷涂技术将金属纳米颗粒涂覆在各所述接触孔内，其中，各所述金属纳米层是由所述金属纳米颗粒组成的，所述金属纳米颗粒的尺寸在数十纳米到数百纳米范围之间。
[0030]可选地，所述金属纳米颗粒的材料包括：金、银、铝中的至少一种。
[0031]可选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深紫外LED芯片，其中，包括：外延结构，具有相对的第一表面和第二表面，所述外延结构包括P型半导体层、N型半导体层以及所述P型半导体层与所述N型半导体层所夹的多量子阱层，所述P型半导体层暴露于所述外延结构的第一表面；多个接触孔，自所述外延结构的第一表面向第二表面延伸，各所述接触孔的底部位于所述P型半导体层中；以及多个金属纳米层，位于相应的所述接触孔中，所述金属纳米层与所述P型半导体层接触。2.根据权利要求1所述的深紫外LED芯片，其中，所述多量子阱层中的载流子借助局域表面等离激元模式共振发光。3.根据权利要求1所述的深紫外LED芯片，其中，各所述接触孔的底部与所述多量子阱层顶部之间的距离在10nm～50nm之间。4.根据权利要求1所述的深紫外LED芯片，其中，所述多个接触孔呈均匀的三方阵列分布或四方阵列分布。5.根据权利要求1所述的深紫外LED芯片，其中，各所述接触孔的特征尺寸在数十纳米到数微米的范围之间。6.根据权利要求1所述的深紫外LED芯片，其中，各所述金属纳米层是由金属纳米颗粒组成的，所述金属纳米颗粒的尺寸在数十纳米到数百纳米的范围之间。7.根据权利要求6所述的深紫外LED芯片，其中，所述金属纳米颗粒的材料包括：金、银、铝中的至少一种。8.根据权利要求6所述的深紫外LED芯片，其中，所述金属纳米颗粒的表面被介质层包裹。9.根据权利要求8所述的深紫外LED芯片，其中，所述介质层的材料包括：SiO2、SiN
X
、TiO2、Al2O3中的至少一种。10.根据权利要求1所述的深紫外LED芯片，其中，还包括多个P型的硅纳米层，位于相应的所述接触孔中，所述硅纳米层覆盖所述金属纳米层，并与所述P型半导体层接触。11.根据权利要求10所述的深紫外LED芯片，其中，各所述硅纳米层是由硅纳米颗粒组成的，所述硅纳米颗粒的尺寸在数十纳米到数百纳米范围之间，所述硅纳米层的厚度范围在数纳米至数十纳米之间。12.根据权利要求10所述的深紫外LED芯片，其中，还包括反射镜层，所述反射镜层覆盖所述P型半导体层与各所述硅纳米层。13.根据权利要求12所述的深紫外LED芯片，其中，还包括金属阻挡层，所述金属阻挡层覆盖所述反射镜层。14.根据权利要求13所述的深紫外LED芯片，其中，还包括：衬底，与所述外延结构的第二表面接触；至少一个通孔，自所述金属阻挡层延伸至所述N型半导体层上并露出所述N型半导体层；至少一个导电部，位于相应所述通孔中并与暴露出的所述N型半导体层接触，各所述导
电部分别与所述P型半导体层、所述多量子阱层、所述金属纳米层、所述硅纳米层、所述反射镜层和所述金属阻挡层隔开；绝缘层，位于所述金属阻挡层上，并填充在各所述通孔中，所述绝缘层具有露出所述导电部表面的N导电通道和露出所述金属阻挡层表面的P导电通道；N电极，位于所述绝缘层上，部分所述N电极穿过所述N导电通道与所述导电部相连；以及P电极，位于所述绝缘层上，部分所述P电极穿过所述P导电通道与所述金属阻挡层相连，其中，所述N电极与所述P电极分隔。15.根据权利要求14所述的深紫外LED芯片，其中，还包括至少一个凹槽，位于所述衬底的边缘，自所述金属阻挡层延伸至所述N型半导体层上，所述绝缘层还覆盖所述凹槽的侧壁及所述N型半导体层。16.根据权利要求15所述的深紫外LED芯片，其中，所述外延结构还包括位于所述衬底上的缓冲层、AlN层、AlN/AlGaN超晶格层，其中，沿所述外延结构的第二表面向第一表面的方向，所述缓冲层、所述AlN层、所述AlN/AlGaN超晶格层、所述N型半导体层、所述多量子阱层以及所述P型半导体层依次堆叠。17.根据权利要求13所述的深紫外LED芯片，其中，还包括：至少一个通孔，自所述金属阻挡层延伸至所述N型半导体层上并露出所述N型半导体层；至少一个导电部，位于相应所述通孔中并与所述N型半导体层接触，各所述导电部分别与所述P型半导体层、所述多量子阱层、各所述金属纳米层、各所述硅纳米层、所述反射镜层和所述金属阻挡层隔开；绝缘层，覆盖所述金属阻挡层，并填充在各所述通孔中，所述绝缘层具有露出所述导电部表面的N导电通道；第一键合层，覆盖所述绝缘层，并穿过所述N导电通道与所述导电部相连；第二键合层，位于衬底上，并与所述第一键合层相连，所述衬底作为N电极；至少一个凹槽，位于所述衬底的边缘，自所述外延结构的第二表面延伸至所述金属阻挡层上；以及P电极，位于所述凹槽中，并与所述金属阻挡层相连。18.根据权利要求17所述的深紫外LED芯片，还包括钝化层，所述钝化层覆盖所述外延结构的第二表面及所述凹槽的侧壁。19.一种深紫外LED芯片的制造方法，其中，包括：在第一衬底上形成外延结构，所述外延结构具有相对的第一表面和第二表面，所述第二表面与所述第一衬底相连，所述外延结构包括P型半导体层、N型半导体层以及所述P型半导体层与所述N型半导体层所夹的多量子阱层，所述P型半导体层暴露于所述外延结构的第一表面；形成多个接触孔，所述多个接触孔自所述外延结构的第一表面向第二表面延伸，各所述多个接触孔的底...

【专利技术属性】
技术研发人员：范伟宏，毕京锋，郭茂峰，李士涛，赵进超，金全鑫，李东昇，
申请(专利权)人：杭州士兰明芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：