本發(fā)明屬于發(fā)光器件的制造領(lǐng)域，涉及一種具有p-GaN刻蝕臺階結(jié)構(gòu)和金屬點-石墨烯復合結(jié)構(gòu)p歐姆接觸的紫外發(fā)光二極管芯片。

背景技術(shù)：

ITO因其高透光率和低表面電阻，被廣泛運用于透明導電材料之中。但是ITO本身對于酸性環(huán)境敏感、易碎，在酸和堿存在時，容易出現(xiàn)離子擴散，它的使用對制造工廠環(huán)境和人體健康造成危害，同時，離子擴散到器件聚合物絕緣層中，造成光學性能下降，甚至漏電導致器件損壞。更重要的是ITO對紫外波段的光有較強烈的吸收，所以，尋找和取代ITO性能的材料和制作深紫外器件成為一個極為迫切的需求。

針對上述問題，已有報道在紫外LED器件中采用石墨烯復合結(jié)構(gòu)作為透明導電電極。石墨烯具有高電子遷移率，以及極好的透光性，尤其在紫外波段表現(xiàn)良好。(Kim，D.H.，et al.，Current Applied Physics 14：1176-1180(2014)；Seo，T.H.，et al.，Applied Physics Letters 103，051105(2013))。

AlGaN是深紫外發(fā)光器件的主要材料，AlGaN具有較寬的能帶寬度，很好地符合了紫外波段的發(fā)光需求。但是正是因為AlGaN禁帶寬度較寬，p型摻雜能級較深，空穴濃度低，歐姆接觸較難制備。與p-AlGaN相比，p-GaN禁帶寬度較窄，歐姆接觸相對容易制備，因此石墨烯復合結(jié)構(gòu)和GaN有較好的歐姆接觸。采用石墨烯和GaN材料制作的發(fā)光器件有較廣的應用前景。

但是，GaN的吸收邊對應波長為365nm，對于波長低于365nm的紫外波段光吸收強烈。利用GaN制作的短波長紫外發(fā)光器件會存在出光效率較低的情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有高紫外波段透光率、低接觸電阻的p型歐姆接觸的紫外發(fā)光二極管芯片。

同時，本發(fā)明還提供了所述紫外發(fā)光二極管芯片的制作方法。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的方案如下：

一種紫外半導體發(fā)光芯片，包括主要由襯底、n-AlGaN層、多量子阱層、p-AlGaN層、p-GaN層組成的外延層，p電極和n電極，所述p-AlGaN層上p-GaN層被部分刻蝕形成具有多個小島或者開孔的淺臺面；p-GaN淺臺面上設有金屬點，在金屬點上設有石墨烯層，形成局部歐姆接觸，構(gòu)成p電極或p電極的一部分；

具體的，所述芯片為正裝結(jié)構(gòu)、垂直或倒裝結(jié)構(gòu)，所述金屬點與石墨烯共同形成透明導電的p歐姆接觸電極，在其上還設有p焊盤；

或者，所述芯片為垂直或者倒裝結(jié)構(gòu)，所述金屬點和石墨烯層上設置有反射層，共同構(gòu)成高反射p歐姆接觸電極；

進一步，所述反射層為Al或者Ni/Al；

優(yōu)選的，所述石墨烯層為單層石墨烯或2-50層的多層石墨烯。

優(yōu)選的，所述金屬點直徑在1nm～109μm。

優(yōu)選的，所述金屬點占空比在1％～50％。

進一步，所述金屬點為隨機分布，或者金屬點呈點陣分布，或者按照金屬點呈網(wǎng)格狀分布。

優(yōu)選的，所述金屬為Ag，Ni，或者Ni/Ag，或者Ni/Au。

一種發(fā)光器件的制造方法，包括以下步驟：

在襯底上依次生長AlN或AlGaN緩沖層、n-AlGaN層、多量子阱層、p-AlGaN層、p-GaN層組成的外延層；

通過蒸發(fā)或濺射方法在p-GaN上沉積金屬層，并通過退火的方法在p-GaN層上表面形成金屬點，或者用光刻方法形成金屬點陣或網(wǎng)格，然后以該金屬層上作為掩膜刻蝕p-GaN，得到權(quán)利要求1中所述的p-GaN淺臺面，開孔深度恰好至p-AlGaN層或略深；

將石墨烯層轉(zhuǎn)移到芯片表面并和金屬點接觸。

相對于現(xiàn)在的技術(shù)，本發(fā)明所述的技術(shù)方案通過通過金屬點與p-GaN歐姆接觸，降低接觸電阻；并且GaN層的部分至p-AlGaN，以及通過金屬點的局部覆蓋，減少p-GaN和金屬點對紫外波段的吸收；通過石墨烯作為透明電流擴散層，提高了電流分布的均勻性和降低了電極吸收，同時石墨烯具有較好的阻擋性，有利于提高器件可靠性。。

為了充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明紫外發(fā)光二極管芯片實施例1的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明紫外發(fā)光二極管芯片實施例2的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明紫外發(fā)光二極管芯片金屬表面陣列結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明紫外發(fā)光二極管芯片金屬表面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和若干具體實施案例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。

實施例1：

如圖1所示，一種紫外發(fā)光二極管芯片，其發(fā)光部分包括襯底100上外延生長的AlN緩沖層101、n-AlGaN層102、多量子阱層104、p-AlGaN層105和p-GaN層106。為了降低p-GaN對紫外光的吸收，p-GaN層106部分被刻蝕形成臺面，臺面下表面為p-AlGaN層105。被刻蝕的p-GaN層106在p-AlGaN層105表面形成隨機的分布，金屬點107與p-GaN層106表面接觸。石墨烯層108覆蓋于金屬點107表面，成為電流擴展層，并且與金屬點107共同形成p-GaN的歐姆接觸。

p型電極109覆蓋在石墨烯上，石墨烯上有開孔，從而使p型電極109的金屬層直接與p-AlGaN層接觸，增強電極的粘附性。電流從p電極109通過石墨烯層108的電流擴展作用，橫向擴展開并通過金屬點107和p-GaN層，縱向注入到器件中。n型電極103和n-AlGaN層102形成歐姆接觸。

為了更好的理解本發(fā)明所述的發(fā)光器件，以下詳細描述該發(fā)光器件的一種優(yōu)選的制作方法。

步驟1：生長外延層：在襯底100上依次生長AlN緩沖層、n-AlGaN層、多量子阱層、p-AlGaN層、p-GaN層；

步驟2：刻蝕形成n接觸孔：刻蝕p-GaN的外延層106，形成至少一個刻蝕孔，直至所述刻蝕孔露出底部n-AlGaN層102；

步驟3：制作p歐姆接觸：

3-a、通過蒸發(fā)或濺射、結(jié)合光刻、腐蝕或剝離方法，在p-GaN上沉積金屬薄膜并形成圖形，并通過退火的方法在p-GaN層上表面形成金屬點，然后在該金屬點上進行刻蝕，得到權(quán)利要求1中所述的開孔p-GaN層，開孔深度恰好至p-AlGaN層或略深；

3-b、利用PMMA化學轉(zhuǎn)移的方法將石墨烯層108轉(zhuǎn)移到芯片表面并覆蓋金屬點107；

3-c、用光刻、刻蝕方法將石墨烯層108圖形化，石墨烯僅覆蓋p極性半導體區(qū)域，且在石墨烯上p電極焊盤位置開孔；

步驟4：制作p、n電極：通過蒸發(fā)或濺射，結(jié)合光刻、腐蝕或剝離方法，在n接觸孔的n-AlGaN層102上形成n金屬接觸電極103和p電極109；

完成以上步驟后，在晶圓上即形成多個紫外發(fā)光二極管芯片單元，通過后續(xù)的晶圓減薄、切割即可分離出單個的紫外發(fā)光二極管芯片。

實施例2：

如圖2所示，一種紫外發(fā)光二極管芯片，其發(fā)光部分包括襯底100上外延生長的AlN緩沖層101，n-AlGaN層102、多量子阱層104、p-AlGaN層105和p-GaN層106。為了降低p-GaN對紫外光的吸收，p-GaN層106部分被刻蝕形成臺面，臺面下表面為p-AlGaN層105。被刻蝕的p-GaN層106在p-AlGaN層105表面形成隨機的分布，金屬點107與p-GaN層106表面接觸。石墨烯層108覆蓋于金屬點107表面，成為電流擴展層以及金屬擴散阻擋層，并且與金屬點107共同形成p-GaN的歐姆接觸。

反射金屬層(Al、Ti/Al或者Ni/Al)200覆蓋在石墨烯上，石墨烯上有開孔，從而使反射金屬層200與n-AlGaN層接觸，增強整個電極的粘附性。n型電極103和n-AlGaN層102形成歐姆接觸。反射層200和n電極103上進一步設置有凸點下金屬層202，通過凸點201和基板203連接

為了更好的理解本發(fā)明所述的發(fā)光器件，以下詳細描述該發(fā)光器件的一種優(yōu)選的制作方法。

步驟1：生長外延層：在襯底100上依次生長AlN緩沖層、n-AlGaN層、多量子阱層、p-AlGaN層、p-GaN層；

步驟2：刻蝕形成n接觸孔：刻蝕p-GaN的外延層106，形成至少一個刻蝕孔，直至所述刻蝕孔露出底部n-AlGaN層102；

步驟3：制作p歐姆接觸與反射層：

3-a、通過蒸發(fā)或濺射、結(jié)合光刻、腐蝕或剝離方法，在p-GaN上沉積金屬薄膜并形成圖形，并通過退火的方法在p-GaN層上表面形成金屬點，然后在該金屬點上進行刻蝕，得到權(quán)利要求1中所述的開孔p-GaN層，開孔深度恰好至p-AlGaN層或略深；

3-b、利用PMMA化學轉(zhuǎn)移的方法將石墨烯層108轉(zhuǎn)移到芯片表面并覆蓋金屬點107；

3-c、用光刻、刻蝕方法將石墨烯層108圖形化，石墨烯僅覆蓋p極性半導體區(qū)域，且在石墨烯上部分位置開孔；

3-d、在p區(qū)石墨烯層上蒸發(fā)或濺射Al(或Ti/Al、Ni/Al)制作反射層200；

步驟4：制作n電極：通過蒸發(fā)或濺射，結(jié)合光刻、腐蝕或剝離方法，在n接觸孔的n-AlGaN層102上形成n金屬接觸電極103；

步驟5：制作凸點下金屬層：通過蒸發(fā)或濺射，結(jié)合光刻、腐蝕或剝離方法，在p電極109和p區(qū)反射層上形成凸點下金屬層202；

完成以上步驟后，在晶圓上即形成多個倒裝紫外發(fā)光二極管芯片單元，通過后續(xù)的晶圓減薄、切割即可分離出單個的倒裝紫外發(fā)光二極管芯片；進一步，該芯片可以通過凸點201與基板倒裝鍵合。

實施例3：

本實施例芯片結(jié)構(gòu)與實施例1的區(qū)別在于，實施例1中的金屬點107為退火結(jié)球形成的，為隨機分布，并作為刻蝕掩膜覆蓋在p-GaN層106上，對應在實施例3中的p-GaN表面的金屬為故意形成的以圖3點陣狀分布，并作為刻蝕掩膜層覆蓋在p-GaN層106上，從而使p-GaN層106的形狀也為點陣狀分布。

實施例3的制作方法與實施例1制作方法的差別僅在于其步驟3-a細節(jié)不同，具體如下：

步驟3-a、通過蒸發(fā)或濺射、結(jié)合光刻、腐蝕或剝離方法，在p-GaN上沉積金屬薄膜并形成點陣狀圖形300，然后在以此金屬薄膜為掩膜進行刻蝕，得到權(quán)利要求1中所述的開孔p-GaN層，開孔深度恰好至p-AlGaN層或略深。

實施例4：

本實施例芯片結(jié)構(gòu)與實施例1的區(qū)別在于，實施例1中的金屬點107為一大片金屬退火結(jié)球形成的，為隨機分布，且鋪滿整個大的區(qū)域，并作為刻蝕掩膜覆蓋在p-GaN層106上，對應在實施例4中的金屬點107為網(wǎng)格狀金屬退火結(jié)球形成的，網(wǎng)格內(nèi)為隨機分布，網(wǎng)格外沒有金屬點，金屬點作為刻蝕掩膜覆蓋在p-GaN層106上，從而使p-GaN層106的形狀也為點陣狀分布。

實施例3的制作方法與實施例1制作方法的差別僅在于其步驟3-a細節(jié)不同，具體如下：

步驟3-a、通過蒸發(fā)或濺射、結(jié)合光刻、腐蝕或剝離方法，在p-GaN上沉積金屬薄膜并形成網(wǎng)格狀圖形400，并通過退火的方法使p-GaN層上網(wǎng)格內(nèi)金屬層表面形成金屬點，然后在該金屬點上進行刻蝕，得到權(quán)利要求1中所述的開孔p-GaN層，開孔深度恰好至p-AlGaN層或略深。

以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。本發(fā)明并不局限于上述實施方式，如果對本發(fā)明的各種改動或變形不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形。