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。