本發(fā)明涉及氮化物外延芯片技術(shù)領(lǐng)域,特別是提供一種集成可見(jiàn)光指示器的紫外發(fā)光二極管。
背景技術(shù):
隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展,外延工藝水平逐漸成熟,紫外LED器件的制備成為可能,紫外LED雖然不能用來(lái)直接照明,但具備LED的所有優(yōu)勢(shì),已經(jīng)在殺菌消毒,分析測(cè)試設(shè)備,紫外光療,防偽檢測(cè),空氣凈化,紫外固化等眾多領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用,雖然紫外光LED可應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,但因其波長(zhǎng)短,人體在其長(zhǎng)時(shí)間的曝光下將對(duì)皮膚,眼睛等造成嚴(yán)重的危害。同時(shí)正是由于其波長(zhǎng)在不可見(jiàn)光波段,因此無(wú)法被人眼所探測(cè)到,導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中存在被紫外光長(zhǎng)時(shí)間照射的隱患。因此了解紫外光的存在,避免不知情的情況下紫外光對(duì)人體的長(zhǎng)時(shí)間曝光是非常必要的。
目前已有一些紫外線(xiàn)的探測(cè)裝置和強(qiáng)度指示裝置,但都非集成于紫外發(fā)光器件,且壽命短,成本高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明旨在克服傳統(tǒng)紫外線(xiàn)探測(cè)裝置和強(qiáng)度指示裝置的不足,提供一種集成有可見(jiàn)光指示裝置的紫外發(fā)光二極管,此裝置可讓人眼間接探測(cè)到紫外發(fā)光二極管是否在發(fā)射紫外光以及其發(fā)射強(qiáng)度,避免在不知情的情況下紫外光對(duì)人體的長(zhǎng)時(shí)間曝光而造成危害。
本發(fā)明包括設(shè)置在P型電極同一側(cè)的導(dǎo)電基板、鍵合層、金屬反射層、P型GaN空穴供給層、P型AlGaN電子阻擋層、AlInGaN/AlInGaN多量子阱紫外光發(fā)光層、N-GaN電子供給層,在N-GaN電子供給層上設(shè)置的N型電極;其特征在于:在N型電極區(qū)域以外的N-GaN電子供給層上設(shè)置圖形化的N-GaN電子供給層,在圖形化的N-GaN電子供給層上依次設(shè)置InGaN/GaN多量子阱可見(jiàn)光發(fā)光層和U-GaN層。
本發(fā)明將紫外發(fā)光層設(shè)置在N-GaN電子供給層和P型AlGaN電子阻擋層之間,通過(guò)電致發(fā)光產(chǎn)生紫外光;本發(fā)明還將可見(jiàn)光發(fā)光層置于N-GaN電子供給層和U-GaN層之間,利用電致發(fā)光產(chǎn)生的紫外光激發(fā)可見(jiàn)光發(fā)光層,使可見(jiàn)光發(fā)光層通過(guò)光致發(fā)光產(chǎn)生可見(jiàn)光。可見(jiàn)光發(fā)光層通過(guò)紫外光光致發(fā)光輻射可見(jiàn)光,雖吸收了部分紫外光,一定程度上降低了紫外光的外量子效率,但該發(fā)光層不需要電注入,避免影響紫外光的內(nèi)量子效率,減少對(duì)器件電能的損耗。
本發(fā)明紫外光產(chǎn)生后,將激發(fā)可見(jiàn)光發(fā)光層輻射可見(jiàn)光,可使得紫外光與可見(jiàn)光同步產(chǎn)生和泯滅。通過(guò)人眼對(duì)該可見(jiàn)光的識(shí)別,就可探測(cè)到紫外光的存在,紫外光強(qiáng)度越大,光致發(fā)光作用愈強(qiáng),可見(jiàn)光的強(qiáng)度也愈大。該器件不僅能輻射紫外光,同時(shí)本身也作為自己的探測(cè)裝置,不但可以間接探測(cè)自身是否發(fā)射紫外光,還可以探測(cè)自身發(fā)射紫外光的強(qiáng)弱。由于本發(fā)明可讓該紫外發(fā)光二極管在工作狀態(tài)下同時(shí)輻射部分可見(jiàn)光被人眼探測(cè)到,同時(shí)還可根據(jù)可見(jiàn)光的強(qiáng)度判斷紫外光的強(qiáng)弱,避免在不知情的情況下紫外光對(duì)人體的長(zhǎng)時(shí)間曝光而造成危害,提高了紫外發(fā)光二極管的安全特性。
進(jìn)一步地,本發(fā)明還對(duì)除N型電極和P型電極外的器件裸露表面區(qū)域覆蓋一層SiO2保護(hù)層,提高器件的可靠性。
另外,本發(fā)明InGaN/GaN多量子阱可見(jiàn)光發(fā)光層的上出光總面積占N-GaN電子供給層的上出光總面積的10%~50%??刹捎眠x擇性刻蝕的方法,使可見(jiàn)光的發(fā)光區(qū)域占整個(gè)器件上表面發(fā)光面積的10%~50%,在保證器件可發(fā)出可見(jiàn)光的情況下,既可避免可見(jiàn)光發(fā)光層對(duì)紫外光的大量吸收,同時(shí)刻蝕后的圖案化表面類(lèi)似于對(duì)出光面進(jìn)行粗化的效果,可提高紫外光的出光效率。
優(yōu)選地,InGaN/GaN多量子阱可見(jiàn)光發(fā)光層的上出光總面積占N-GaN電子供給層的上出光總面積的20%~40%。在該范圍內(nèi),可保證紫外光的光功率損耗低于10%且輻射的可見(jiàn)光可達(dá)到指示的功能。
本發(fā)明另一目的是提出以上產(chǎn)品的生產(chǎn)方法,包括以下步驟:
1)在一臨時(shí)襯底上制作形成緩沖層;
2)在緩沖層上依次外延生長(zhǎng)形成U-GaN層、可見(jiàn)光發(fā)光層、N-GaN電子供給層、紫外光發(fā)光層、P型AlGaN電子阻擋層和P型GaN空穴供給層;
3)在P型空穴供給層上蒸鍍金屬反射層;
4)在金屬反射層上通過(guò)蒸鍍金屬鍵合層將外延片鍵合在導(dǎo)電基板上;
5)剝離臨時(shí)襯底、緩沖層和部分U-GaN層;
6)對(duì)剝離后的U-GaN層表面進(jìn)行選擇性刻蝕,保留圖形化的U-GaN層,刻蝕深度直至N-GaN電子供給層;
7)在導(dǎo)電基板上制作形成P型電極;在N-GaN電子供給層上制作形成N型電極。
本發(fā)明方法將N型電極制作于刻蝕后的N-GaN層上,通過(guò)電流注入使紫外發(fā)光層發(fā)出紫外光,而在U-GaN層和N-GaN層之間生長(zhǎng)可見(jiàn)光發(fā)光層,直接通過(guò)紫外光激發(fā)出可見(jiàn)光,無(wú)需額外損耗電功率;
本發(fā)明方法結(jié)合襯底剝離技術(shù),將外延層倒置于導(dǎo)電基底上形成垂直結(jié)構(gòu),可提升器件的發(fā)光效率;
本發(fā)明方法通過(guò)選擇性刻蝕,形成圖形化的出光表面,可提高器件的出光效率。
為了生產(chǎn)更可靠的器件,本發(fā)明還可在步驟7)后,對(duì)除N型電極和P型電極外的器件裸露表面區(qū)域覆蓋一層SiO2保護(hù)層。
所述步驟6)中,選擇性刻蝕后保留的U-GaN層上出光總面積占N-GaN電子供給層上出光總面積的10%~50%。
所述步驟6)中,選擇性刻蝕后保留的U-GaN層上出光總面積占N-GaN電子供給層上出光總面積的20%~40%。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的一種外延結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明在制作過(guò)程中形成的芯片器件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
一、制作工藝過(guò)程:
1、如圖1所示,首先在藍(lán)寶石襯底1上采用PVD蒸鍍一層10-50nm厚的AlN緩沖層2。
2、將蒸鍍有AlN緩沖層2的藍(lán)寶石襯底1置于MOCVD反應(yīng)腔中分別生長(zhǎng)以下結(jié)構(gòu):
生長(zhǎng)一層U-GaN層3,生長(zhǎng)厚度0.5-3μm。
在U-GaN層3上生長(zhǎng)可見(jiàn)光發(fā)光層4。其中可見(jiàn)光發(fā)光層4包含3-10個(gè)周期的InGaN/GaN多量子阱層,其中InGaN阱層厚度1~6nm,GaN壘層厚度2-12nm,In組分濃度在0.1~0.3之間,控制其In組分濃度保證其發(fā)出的為可見(jiàn)光。
在可見(jiàn)光發(fā)光層4上生長(zhǎng)N-GaN電子供給層5,摻雜濃度在 5*1017~5*1019,材料厚度1~4μm。
在N-GaN電子供給層5上生長(zhǎng)紫外光發(fā)光層6,紫外光發(fā)光層6包含3~20個(gè)周期的AlInGaN/AlInGaN多量子阱層,其中阱層厚度1~6nm,壘層厚度2~12nm,且阱層厚度小于壘層厚度;阱層Al組分在0~0.1之間,壘層Al組分在0.1~0.3之間且阱層In組分大于壘層In組分。
在紫外光發(fā)光層6上生長(zhǎng)P型AlGaN電子阻擋層7,摻雜濃度在1*1017~1*1019,Al組分在0.2~0.6,厚度10~100nm。
在P型AlGaN電子阻擋層7上生長(zhǎng)P型GaN空穴供給層8,摻雜濃度在1*1017~1*1019,厚度在50~500nm。
至此,完成MOCVD反應(yīng)腔中的生長(zhǎng),取得的外延片結(jié)構(gòu),如圖1所示。
3、在P型空穴供給層8上蒸鍍一層Ag金屬反射層9,厚度100~300nm。
4、在金屬反射層9上蒸鍍金屬鍵合層10,將整個(gè)器件鍵合在導(dǎo)電基板11上。
5、利用激光襯底剝離技術(shù),剝離掉襯底1,AlN緩沖層2和部分U-GaN層3。
6、對(duì)剝離后的U-GaN層3表面進(jìn)行選擇性刻蝕,刻蝕后保留的U-GaN層3上出光總面積占N-GaN電子供給層5上出光總面積的10%~50%,優(yōu)選20%~40%,刻蝕深度直至N-GaN電子供給層5,如圖2所示。
7、在導(dǎo)電基板11上制作形成P型電極12,在N-GaN電子供給層5上制作形成N型電極13。
8、對(duì)除N型電極13和P型電極12外的器件裸露表面區(qū)域覆蓋一層SiO2保護(hù)層14。
至此,完成如圖2所示結(jié)構(gòu)的芯片器件工藝。
二、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn):
如圖2所示,本發(fā)明在P型電極12的同一側(cè)依次設(shè)置有導(dǎo)電基板11、鍵合層10、金屬反射層9、P型GaN空穴供給層8、P型AlGaN電子阻擋層7、AlInGaN/AlInGaN多量子阱紫外光發(fā)光層6、N-GaN電子供給層5。
在N-GaN電子供給層5上設(shè)置有N型電極13和圖形化的N-GaN電子供給層5-1。
InGaN/GaN多量子阱可見(jiàn)光發(fā)光層4的上出光總面積(即圖形化的N-GaN電子供給層5-1的橫截面總面積)占N-GaN電子供給層5上出光總面積的10%~50%。
在圖形化的N-GaN電子供給層5-1上依次設(shè)置InGaN/GaN多量子阱可見(jiàn)光發(fā)光層4和U-GaN層3。在除N型電極13和P型電極12外的器件裸露表面區(qū)域覆蓋一層SiO2保護(hù)層14。
三、產(chǎn)品效果
本發(fā)明制備的集成可見(jiàn)光指示裝置的紫外發(fā)光二極管通過(guò)將紫外發(fā)光層6
設(shè)置在N-GaN電子供給層5和P型AlGaN電子阻擋層7之間,通過(guò)電致發(fā)光產(chǎn)生紫外光;還將可見(jiàn)光發(fā)光層4置于N-GaN電子供給層5-1和U-GaN層3之間,利用電致發(fā)光產(chǎn)生的紫外光激發(fā)可見(jiàn)光發(fā)光層,使可見(jiàn)光發(fā)光層通過(guò)光致發(fā)光產(chǎn)生可見(jiàn)光??梢?jiàn)光發(fā)光層通過(guò)紫外光激發(fā)出可見(jiàn)光,雖吸收了部分紫外光,一定程度上降低了紫外光的外量子效率,但該可見(jiàn)光發(fā)光層不需要電注入,無(wú)需額外損耗電功率。本發(fā)明器件在電致發(fā)光和光致發(fā)光的共同作用下,既達(dá)到輻射紫外光的功能,并且可見(jiàn)光和紫外光同時(shí)產(chǎn)生和泯滅,使該可見(jiàn)光還可作為探測(cè)裝置探測(cè)紫外光的存在,且可見(jiàn)光的強(qiáng)度隨紫外光強(qiáng)弱線(xiàn)性變化。由于本發(fā)明可讓該紫外發(fā)光二極管在工作狀態(tài)下同時(shí)輻射部分可見(jiàn)光被人眼探測(cè)到,同時(shí)還可根據(jù)可見(jiàn)光的強(qiáng)度判斷紫外光的強(qiáng)弱,避免在不知情的情況下紫外光對(duì)人體的長(zhǎng)時(shí)間曝光而造成危害,提高了紫外發(fā)光二極管的安全特性。該集成可見(jiàn)光指示裝置的紫外發(fā)光二極管在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)需額外增加紫外探測(cè)裝置,使用方便。