[发明专利]一种紫外发光二极管结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种紫外发光二极管结构及其制作方法，具有N型AlGaN层，在N型AlGaN层表面与N型金属电极之间，插入一层金属扩散阻挡薄膜，防止电极金属扩散到N型AlGaN层中，进而破坏电极金属膜层的平整度和金属/半导体有效接触，其制作方法包括通过在N型AlGaN层表面沉积一层金属扩散阻挡薄膜，改善金属与N型AlGaN层的接触特性。

技术领域

本发明涉及紫外发光二极管的芯片技术，更具体地，涉及一种紫外发光二极管结构及其制作方法。

背景技术

AlGaN基紫外LED芯片具有使用便捷、能效高、波长范围广等优势而被广泛关注。目前，UVB（280-315nm）和UVC（＜280nm）LED器件还存在外电光转换效率低的问题。除了提升LED器件的外量子效率，通过降低器件的工作电压、提升电流注入效率也是提高LED器件的发光效率的关键因素。而解决金属电极与高AlN含量的AlGaN半导体材料的欧姆接触一直以来都是科研工作者的关注点和技术难点。

目前，深紫外LED的高Al组分n-Al_xGa_1-xN(x＞5)的欧姆接触实现较为困难。这主要是由于随着AlN含量的增加材料的深能级缺陷增多导电性变差；同时，AlGaN材料较小的电子亲和能导致金属与半导体材料（简称金-半）界面处的肖特基势垒较高，使得金-半接触的欧姆特性较差，所需的金属电极结构及退火条件更加苛刻。此外，这种高Al组分的n-AlGaN在与传统Ti、Al以及其他金属电极层形成欧姆接触时，经过高温退火，Ti与AlGaN中的N容易反应聚集成TiN岛，颗粒金属与AlGaN接触，同时Au会沿着TiN岛的界面扩散到AlGaN表面与Ga反应形成AuGa化合物并在金-半界面处形成空隙，从而破坏金属电极膜层的平整度和有效接触，降低芯片工艺的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提出一种紫外发光二极管结构及其制作方法，通过在金属电极与n-AlGaN之间插入一层超薄TiN薄膜阻挡Au迁移到半导体表面与Ga反应，改善金属电极与半导体之间的接触特性和老化稳定性。

本发明的技术方案为：一种紫外发光二极管结构，包括：衬底、N型AlGaN层、有源层、P型层、N型金属电极、P型金属电极，其特征在于：所述N型AlGaN层与N型金属电极之间具有金属扩散阻挡薄膜，金属扩散阻挡薄膜的主要作用在于，有效阻挡电极原子迁移到N型AlGaN层表面与其中的Ga原子反应而在外延表面形成的空洞现象。

根据本发明，优选地，所述金属扩散阻挡薄膜选用包括SiN_x，也可以选择TiN材料，TiN薄膜较SiN_x薄膜对金属的阻挡作用更强，可以有效防止Au原子扩散到外延表面，从而改善金属/半导体的接触界面。同时，通过有效的控制TiN膜层的厚度，使得TiN厚度小于5nm,从而实现电子在金属/半导体界面有效的隧穿，获得良好的金/半欧姆接触。

根据本发明，优选地，所述金属扩散阻挡薄膜的厚度不大于5nm。

根据本发明，优选地，所述N型金属电极与金属扩散阻挡薄膜接触部分的N型金属电极材料包含金属Ti，金属Ti跟SiN_x或者TiN有更好的接触性，不易出现掉电极。

根据本发明，优选地，所述金属扩散阻挡薄膜的上表面面积不小于N型金属电极的下表面面积，所述金属扩散阻挡薄膜的上表面指的是朝向N型金属电极的一面，以保障对金属电极扩散阻挡的效果。

本发明还提供了一种紫外发光二极管的制作方法，包括步骤：

（1）提供AlGaN基紫外发光二极管外延片，外延片包括：N型AlGaN层、有源层和P型层；

（2）在N型AlGaN层表面，制作出N型AlGaN窗口；

（3）在N型AlGaN窗口制作金属扩散阻挡薄膜；

（4）在金属扩散阻挡薄膜上制作N型金属电极。