本發(fā)明屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體而言，涉及一種深紫外LED芯片。

背景技術(shù)：

紫外LED一般指發(fā)光中心波長在400nm以下的LED，將發(fā)光波長大于380nm時(shí)稱為近紫外LED，而發(fā)光波長短于300nm時(shí)稱為深紫外LED。深紫外發(fā)光二極管(LED)具有非常廣泛的應(yīng)用，比如水凈化、空氣凈化、消毒、醫(yī)療、通信、傳感器等，相比傳統(tǒng)深紫外光源，具有成本低、小尺寸，使用壽命長以及功耗低等優(yōu)點(diǎn)。紫外LED市場規(guī)模巨大，但是現(xiàn)有技術(shù)中因?yàn)榇嬖谥T多技術(shù)難度造成其中的深紫外LED發(fā)光效率低、市場占比較小。

目前，深紫外LED半導(dǎo)體材料都是在襯底上通過各種方式形成深紫外LED外延材料來生產(chǎn)。其中外延材料質(zhì)量對深紫外LED發(fā)光效率極其重要；選擇合適的襯底對外延生長高質(zhì)量的氮化物半導(dǎo)體材料(如AlGaN)至關(guān)重要。

其中AlGaN體系是最主要的深紫外LED外延材料體系，而在襯底的選擇上，通常采用同質(zhì)襯底或異質(zhì)襯底。

所述同質(zhì)襯底是指采用與所述外延材料同樣的材料作為襯底；同質(zhì)襯底是最適合生長高質(zhì)量氮化物半導(dǎo)體材料，但是由于同質(zhì)襯底供應(yīng)和價(jià)格問題，難以滿足工業(yè)需求。

作為替代，異質(zhì)襯底被用于大部分半導(dǎo)體材料的外延中，所述異質(zhì)襯底是指襯底材料和所述外延材料在材料上不同。目前，大部分氮化物材料外延使用c-面藍(lán)寶石作為襯底材料；但是，氮化物體系的半導(dǎo)體材料和藍(lán)寶石襯底之間存在較大的晶格失配和熱失配導(dǎo)致利用MOCVD設(shè)備生長低位錯(cuò)密度的高質(zhì)量氮化物半導(dǎo)體材料困難重重。

為了生長高質(zhì)量的氮化物半導(dǎo)體材料，現(xiàn)有技術(shù)中對外延材料的生長條件例如生長溫度、壓強(qiáng)、氣體流量等進(jìn)行優(yōu)化，但是作用有限。此外，現(xiàn)有技術(shù)中還提出了多種外延生長的技術(shù)，例如脈沖氨氣、橫向外延(ELO)、超晶格夾層等技術(shù)。雖然這些技術(shù)對提高晶體質(zhì)量，降低位錯(cuò)密度非常有效，但是這些技術(shù)要么成本高昂、要么只適用于實(shí)驗(yàn)室研究，尤其是目前尚無合適的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化設(shè)備能大產(chǎn)量高質(zhì)量地生產(chǎn)深紫外LED外延片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是基于現(xiàn)有技術(shù)而提出的，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種深紫外LED芯片，能夠降低生產(chǎn)和制造成本。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案包括：

一種深紫外LED芯片，包括：基底襯底，所述基底襯底包括藍(lán)寶石襯底、Si襯底或石英襯底；濺射形核層，所述濺射形核層設(shè)置在所述基底襯底上，為一層 通過磁控濺射系統(tǒng)形成于所述基底襯底上的多晶AlN薄膜；AlN外延層，所述外延層形成于所述濺射形核層上，為一層通過MOCVD設(shè)備形成的單晶AlN薄膜；超晶格應(yīng)力緩沖層，所述超晶格應(yīng)力緩沖層設(shè)置在所述AlN外延層上；n-AlGaN外延層，其設(shè)置在所述超晶格應(yīng)力緩沖層上；多層量子阱，其設(shè)置在所述n-AlGaN外延層上；電子阻擋層，其設(shè)置在所述多層量子阱上；以及p-GaN外延層，其設(shè)置在所述電子阻擋層上。

以及，一種AlN模板化深紫外LED襯底，包括：基底襯底，所述基底襯底包括藍(lán)寶石襯底、Si襯底或石英襯底；濺射形核層，所述濺射形核層設(shè)置在所述基底襯底上，為一層通過磁控濺射系統(tǒng)形成于所述基底襯底上的多晶AlN薄膜；AlN外延層，所述外延層形成于所述濺射形核層上，為一層通過MOCVD設(shè)備形成的單晶AlN薄膜。

優(yōu)選地，所述濺射形核層的厚度為20-30nm。

優(yōu)選地，所述濺射形核層的厚度為25nm。

優(yōu)選地，所述AlN外延層的厚度為800-1000nm；

優(yōu)選地，所述AlN外延層的厚度為900nm。

優(yōu)選地，所述AlN外延層為在1350攝氏度的溫度下通過MOCVD設(shè)備生產(chǎn)的單晶層。

本專利通過設(shè)置異質(zhì)襯底來降低深紫外LED芯片的成本，同時(shí)通過在所述襯底上依次設(shè)置高質(zhì)量AlN形核層和AlN外延層從而保證了在AlN模板化襯底上形成深紫外LED芯片其他功能層的質(zhì)量，這樣通過上述結(jié)構(gòu)的改進(jìn)使得該芯片生產(chǎn)和制造成本降低，解決工業(yè)大產(chǎn)量MOCVD設(shè)備無法外延生長高質(zhì)量的深紫外LED的困難。

對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，參照下面的附圖和詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他器件、裝置、系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)將更明顯。將所有這樣的附加系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)包括在本文及本發(fā)明范圍內(nèi)，并通過本發(fā)明的權(quán)利要求加以保護(hù)。

附圖說明

圖1為本專利具體實(shí)施方式中一種深紫外LED芯片的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本專利中一種深紫外LED芯片的發(fā)光波長分布圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本專利的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明，需要指出的是，該具體實(shí)施方式僅僅是對本專利優(yōu)選技術(shù)方案的舉例，并不能理解為對本專利保護(hù)范圍的限制。

如圖1所示，本具體實(shí)施方式中提供了一種深紫外LED芯片的結(jié)構(gòu)。所述深 紫外LED芯片是指，發(fā)光波長在短于300nm的LED芯片。

所述LED芯片包括：

基底襯底1，所述基底襯底是1為藍(lán)寶石襯底、Si襯底或石英襯底。所述基底襯底是深紫外LED芯片的基礎(chǔ)，在所述基底襯底上生長各種功能層，從而形成所述深紫外LED芯片。所述基底襯底與外延層的材料并不相同，即屬于異質(zhì)襯底。異質(zhì)襯底相對于同質(zhì)襯底而言的。同質(zhì)襯底即為與外延層質(zhì)地相同的襯底，同質(zhì)襯底是最適合生長高質(zhì)量氮化物半導(dǎo)體材料，但是由于同質(zhì)襯底供應(yīng)和價(jià)格問題，難以滿足工業(yè)需求。在本具體實(shí)施方式中采用異質(zhì)襯底能夠克服上述缺陷，但是異質(zhì)襯底化物體系的半導(dǎo)體材料和基底襯底之間由于材質(zhì)的不同，因而存在較大的晶格失配和熱失配，從可能會對芯片的質(zhì)量帶來影響。

為此，本具體實(shí)施方式中還設(shè)置有濺射形核層2，所述濺射形核層設(shè)置在所述基底襯底1上，為一層AlN薄膜，其厚度為20-30nm優(yōu)選為25nm，所述磁控濺射層為采用磁控濺射系統(tǒng)在基底襯底上生長的AlN薄膜，采用磁控濺射系統(tǒng)生長的AlN膜能夠形成較為均勻的形核層結(jié)構(gòu)，較為均勻的形核層結(jié)構(gòu)能夠?yàn)橥庋由L提供籽晶，形核均勻的形核層有助于提高高溫AlN外延層的晶體質(zhì)量。所述磁控濺射系統(tǒng)可以采用工業(yè)級設(shè)備，能同時(shí)生長19片2英寸大小的外延片。

所述LED芯片還包括高溫AlN外延層3，所述高溫AlN外延層使用MOCVD系統(tǒng)，在1350攝氏度的溫度下生長一層厚度為800-1000nm，優(yōu)選為900nm的高溫AlN薄膜。由于形核層是多晶，而生長深紫外LED需要高質(zhì)量的單晶AlN材料，因而使用MOCVD系統(tǒng)在高溫條件下生長單晶AlN外延層。

所述基底襯底1、所述濺射形核層2和所述高溫AlN外延層，即構(gòu)成了AlN模板化襯底。

在所述AlN模板化襯底上再進(jìn)行相關(guān)的深紫外LED芯片層的生長，既能夠利用到異質(zhì)襯底價(jià)格低廉便于大量生產(chǎn)的優(yōu)勢。同時(shí)由于先通過磁控濺射生長出AlN形核層，又在高質(zhì)量的所述AlN形核層上生長出高質(zhì)量的單晶的AlN外延層，從而為在所述模板化襯底上形成深紫外LED芯片提供了基礎(chǔ)。這樣就能夠解決大量生產(chǎn)高質(zhì)量深紫外LED芯片的問題。

進(jìn)一步地，所述深紫外LED芯片還包括：

超晶格應(yīng)力緩沖層4，所述超晶格應(yīng)力緩沖層設(shè)置在所述AlN外延層上；n-AlGaN外延層5，其設(shè)置在所述超晶格應(yīng)力緩沖層4上；多層量子阱6，其設(shè)置在所述n-AlGaN外延層5上；電子阻擋層7，其設(shè)置在所述多層量子阱6上；以及p-GaN外延層8，其設(shè)置在所述電子阻擋層7上。上述超晶格應(yīng)力緩沖層4、n-AlGaN外延層5、多層量子阱6、電子阻擋層7和p-GaN外延層8構(gòu)成深紫外LED芯片發(fā)光的結(jié)構(gòu)。當(dāng)其在本具體實(shí)施方式所述的模板化AlN襯底上通過MOCVD技術(shù)生長時(shí)，能夠保持較高的生長質(zhì)量從而保證了整個(gè)芯片的發(fā)光穩(wěn)定性。本具體實(shí)施方式中的深紫外LED芯片的發(fā)光波長。如圖2所示，可見其具有較為穩(wěn)定的高質(zhì)量。

以上所述僅是本專利的較佳實(shí)施例而已，并非對本專利作任何形式上的限制， 雖然本專利已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而，上述描述并非用以限定本專利，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本專利的技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但是凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本專利的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾,均仍屬于本專利技術(shù)方案的范圍內(nèi)。