一种光电芯片导电层结构的制作方法

1.本实用新型涉及半导体电子信息技术领域，具体为一种光电芯片导电层结构。


背景技术：

2.随着科技进步和发展，深紫外uvc光电子芯片应用越来越广泛，其包括uvc-led芯片、uvc-vcsel芯片以及uvc-ld芯片等芯片在医疗卫生、生物分析和通信等领域发挥着着越来越重要的作用。而深紫外uvc光电子芯片的性能主要取决于芯片内部产生的光子在经过芯片本身的吸收、折射、反射后，实际在器件外部可测量到的数据。
3.由于深紫外uvc光具有折射率大、容易被材料吸收、透射率低等特点，一般uvc光电子芯片都会表现出较低的出光效率，出光率低会导致功率输出变小，这会降低芯片的性能，uvc光电子芯片的出光效率低会导致其在工业和商业上的应用范围有限，而石墨烯材料对紫外光的吸收少，而且导电性能极佳，将其应用在uvc光电芯片上，可以大大的提高uvc光电芯片的出光率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种光电芯片导电层结构，以解决上述背景技术中提出的现有的uvc光电芯片输出功率较低的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种光电芯片导电层结构，包括芯片本体，所述芯片本体的下侧设置有封装反射层，所述芯片本体的上侧设置有石墨烯层；
6.所述芯片本体包括外延层、n型电极区、限制层和p型电极区，所述n型电极区位于外延层与限制层之间，所述限制层位于n型电极区与p型电极区之间。
7.优选的，所述芯片本体包括外延层、n型电极区、限制层和p型电极区从下往上依次排列，所述芯片本体为uvc-vcsel芯片，所述石墨烯层位于p型电极区的上侧，所述封装反射层位于外延层的下侧。
8.优选的，所述封装反射层从下往上依次包括镀ag层ⅰ和dbr层ⅰ，所述外延层从下往上依次包括al2o3层、低温aln层及高温aln层，所述n型电极区从下往上依次包括低浓度n型al
1-x
ga
x
n层、n++型al
1-x
ga
x
n层和高浓度n型al
1-x
ga
x
n层，所述限制层从下往上依次包括n型超晶格层和发光层，所述p型电极区从下往上依次包括p型algan层、p++型algan层及dbr层ⅱg。
9.优选的，所述n型电极区设置成t型，所述n型电极区凸出端外侧设置有n型电极，所述p型电极区的本体上侧开设有环形槽，所述环形槽的内侧及p型电极区上表面位于环形槽外侧的部位均设置有p型电极。
10.优选的，所述芯片本体包括外延层、n型电极区、限制层和p型电极区从上往下依次排列，所述芯片本体为uvc-led芯片，所述石墨烯层位于外延层的上侧，所述石墨烯层的上侧设置有金属电极，所述封装反射层位于p型电极区的下侧，所述封装反射层的下侧设置有衬底。
11.优选的，所述外延层从上往下依次包括低温inn层、ingan层、algainn层及高温gan层，所述n型电极区为n型algan层，所述限制层从上往下依次包括有源层、电子阻挡层和dbr反射层，所述p型电极区为p型algan层，所述封装反射层为镀ag层ⅱ。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
13.本装置基于垂直uvc光电子芯片的基础，在uvc-led、uvc-vcsel等芯片上应用，可以极大的提升电流扩展及uvc光的分布和透射，通过垂直芯片结构使得芯片电流可以上下导通，减小电流的堵塞和增大扩展面积，通过加入石墨烯层，可以提升电极的导电和电流扩展均匀性，同时可以透射大多数uvc光，通过表面电流导电层的特殊微纳设计结合石墨烯的光电特性，能够提升uvc芯片整体的光电转换效率和功率输出。
附图说明
14.图1为本实用新型uvc-vcsel芯片结构局部剖视示意图；
15.图2为本实用新型uvc-vcsel芯片主视图剖视结构示意图；
16.图3为本实用新型uvc-led芯片主视图剖视结构示意图。
17.图中：1芯片本体、11外延层、12n型电极区、13限制层、131有源层、132电子阻挡层、133dbr反射层、134n型超晶格层、135发光层、14p型电极区、2封装反射层、3石墨烯层、4金属电极、5衬底、6n型电极、7p型电极。
具体实施方式
18.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
19.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
20.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
21.实施例一：
22.请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案：一种光电芯片导电层结构，包括芯片本体1，芯片本体1包括外延层11、n型电极区12、限制层13和p型电极区14；
23.芯片本体1为uvc-vcsel芯片，uvc-vcsel芯片在制造时，采用蓝宝石al2o3作为生长基底(al2o3层毛坯)，然后在蓝宝石的上表面生长一层低温aln材料(低温aln层)，然后在低温aln层的上方再生长一层高温aln材料(高温aln层)，al2o3层、低温aln层和高温aln层组成了外延层11；
24.在高温aln层的上方生长一层掺杂硅烷的n型al
1-x
ga
x
n(x＜1)，n型al
1-x
ga
x
n(x＜1)就是低浓度n型al
1-x
ga
x
n层，低浓度n型al
1-x
ga
x
n层中硅烷的掺杂量为10
18
cm-3
，然后在低浓度n型al
1-x
ga
x
n层的上方生长一重层掺杂si的n++型al
1-x
ga
x
n(x＜y＜1)，n++型al
1-x
ga
x
n(x＜y＜1)就是n++型al
1-x
ga
x
n层，n++型al
1-x
ga
x
n层中硅烷的掺杂量为10
25
cm-3
，然后在n++型al
1-x
ga
x
n层的上方生长一层掺杂硅烷的n型al
1-x
ga
x
n(x＜1)，n型al
1-x
ga
x
n(x＜1)就是高浓度n型al
1-x
ga
x
n层，高浓度n型al
1-x
ga
x
n层中硅烷的掺杂量为10
20
cm-3
，低浓度n型al
1-x
ga
x
n层、n++型al
1-x
ga
x
n层和高浓度n型al
1-x
ga
x
n层组成了n型电极区12；
25.在高浓度n型al
1-x
ga
x
n层的上方生长一层n型超晶格层134，n型超晶格层134的材质为algan/gan，然后在n型超晶格层134的上方生长一层具有量子阱有源区的发光层135，发光层135的材质为alzga
1-z
n/alwga
1-w
n，n型超晶格层134和发光层135组成了限制层13；
26.在发光层135的上方生长一层掺杂镁的p型algan(p型algan层)，随后在p型algan层的上方生长一层重掺杂p++型algan(p++型algan层)，然后利用蒸镀技术在p++型algan层的上表面蒸镀一层dbr(dbr层ⅱ)，dbr层ⅱ是由周期结构的hfo2和sio2(hfo2/sio2)组成，p型algan层、p++型algan层及dbr层ⅱ组成了p型电极区14；
27.当芯片本体1生长完毕后，通过在dbr层ⅱ的上表面进行上光阻，然后通过掩膜光刻工艺可以得到未被pr保护的区域，该区域用来作为n电极层的n-pad，通过icp蚀刻到n型电极区12中的n++型al
1-x
ga
x
n层，然后去除pr可得到蚀刻到n++型al
1-x
ga
x
n层的n型电极区12和留下的中间未蚀刻的圆形区域，此时的n型电极区12在主视图上呈t型，然后通过pr和蒸镀工艺，在n型电极区12凸出端的圆形区域蒸镀一层金属层ti/pt/au，即可得到n型电极6；
28.通过掩膜光刻工艺及icp蚀刻工艺在p型电极区14的上表面进行蚀刻，先通过上pr，掩膜光刻和显影后，得到未被pr保护的环形p电极区p-pad，环形p电极区p-pad的下方设置有环形槽，然后在环形槽的内侧蒸镀一层金属层ti/au，随后在p型电极区14中环形槽外区中的dbr层ⅱ的上表面通过掩膜光刻及蚀刻工艺，将其蚀刻到和所蒸镀的金属层ti/au同样高度的位置，随后在dbr层ⅱ及金属层ti/au的上方再蒸镀一层au，即完成p型电极7的制作；
29.dbr层ⅱ中间未镀金属层的部位为出光区，最后在出光区的顶部和侧壁蒸镀一层石墨烯，这层石墨烯就是石墨烯层3，随后对蓝宝石的下表面进行研磨减薄，并对其进行抛光(将al2o3层毛坯加工成al2o3层)，然后利用蒸镀技术在al2o3层的抛光面蒸镀一层dbr(dbr层ⅰ)，然后在dbr的下表面镀层ag(ag层ⅰ)，镀ag层ⅰ和dbr层ⅰ和封装反射层2，最后将uvc-vcsel芯片封装在导热基板上即可。
30.实施例2：
31.请参阅图3，本实用新型提供一种技术方案：一种光电芯片导电层结构，包括芯片本体1，芯片本体1包括外延层11、n型电极区12、限制层13和p型电极区14；
32.芯片本体1为uvc-led芯片，uvc-led芯片在制造时，采用蓝宝石al2o3作为生长基底，进行异质外延生长，运用金属有机物化学气相沉积技术来完成整个外延过程，首先在蓝宝石的上表面生长一层薄层低温inn(低温inn层)，接着在低温inn层的上表面生长一层ingan(ingan层)，接着在ingan层的上表面生长一层薄层algainn(algainn层)，再在algainn层的上表面生长一层高温gan(高温gan层)，低温inn层、ingan层、algainn层及高温gan层组成了外延层11；
33.在高温gan层的上表面生长一层n型algan(n型algan层，n型algan层就是n型电极区12)；
34.在n型电极区12的上方生长有源层131，在有源层131的上方生长电子阻挡层132，然后在电子阻挡层132的上方接着生长dbr反射层133，dbr反射层133由10～50个algan/gan周期结构层构成，dbr反射层133在生长过程中掺杂镁源和少了硅烷，dbr反射层133的厚度根据芯片的波长及折射率λ/4n关系确定(其中λ为有源区光子波长，n为algan/gan的折射率)，有源层131、电子阻挡层132和dbr反射层133组成了限制层13；
35.在dbr反射层133的上方生长p型algan(p型algan层，p型algan层就是p型电极区14)；
36.当芯片本体1生长完毕后，在竖向上对芯片本体1进行激光划片，将芯片本体1分割成若干个小型芯片本体1，然后在p型电极区14的上方镀ag作为封装反射层2；
37.将带有封装反射层2的芯片本体1旋转180
°
，使封装反射层2位于芯片本体1的下侧，然后依次在封装反射层2的下侧镀上tl/pt层、cr/pt/au层、au/sn层、si层、cr/au层，tl/pt层、cr/pt/au层、au/sn层、si层、cr/au层组成了衬底5，其中si层的厚度为100～200um；
38.抛光减薄蓝宝石，然后采用激光剥离蓝宝石，随后通过光刻在低温inn薄层的上表面进行图形制作，然后再通过纳米压印技术进行二次微纳图形制作，然后用cvd镀一层石墨烯层3，然后再石墨烯层3的额上侧蒸镀制作金属电极4，即可完成uvc-led芯片结构。
39.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
40.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种光电芯片导电层结构，包括芯片本体(1)，其特征在于：所述芯片本体(1)的下侧设置有封装反射层(2)，所述芯片本体(1)的上侧设置有石墨烯层(3)；所述芯片本体(1)包括外延层(11)、n型电极区(12)、限制层(13)和p型电极区(14)，所述n型电极区(12)位于外延层(11)与限制层(13)之间，所述限制层(13)位于n型电极区(12)与p型电极区(14)之间。2.根据权利要求1所述的一种光电芯片导电层结构，其特征在于：所述芯片本体(1)包括外延层(11)、n型电极区(12)、限制层(13)和p型电极区(14)从下往上依次排列，所述芯片本体(1)为uvc-vcsel芯片，所述石墨烯层(3)位于p型电极区(14)的上侧，所述封装反射层(2)位于外延层(11)的下侧。3.根据权利要求2所述的一种光电芯片导电层结构，其特征在于：所述封装反射层(2)从下往上依次包括镀ag层ⅰ和dbr层ⅰ，所述外延层(11)从下往上依次包括al2o3层、低温aln层及高温aln层，所述n型电极区(12)从下往上依次包括低浓度n型al
1-x
ga
x
n层、n++型al
1-x
ga
x
n层和高浓度n型al
1-x
ga
x
n层，所述限制层(13)从下往上依次包括n型超晶格层(134)和发光层(135)，所述p型电极区(14)从下往上依次包括p型algan层、p++型algan层及dbr层ⅱ。4.根据权利要求2所述的一种光电芯片导电层结构，其特征在于：所述n型电极区(12)设置成t型，所述n型电极区(12)凸出端外侧设置有n型电极(6)，所述p型电极区(14)的本体上侧开设有环形槽，所述环形槽的内侧及p型电极区(14)上表面位于环形槽外侧的部位均设置有p型电极(7)。5.根据权利要求1所述的一种光电芯片导电层结构，其特征在于：所述芯片本体(1)包括外延层(11)、n型电极区(12)、限制层(13)和p型电极区(14)从上往下依次排列，所述芯片本体(1)为uvc-led芯片，所述石墨烯层(3)位于外延层(11)的上侧，所述石墨烯层(3)的上侧设置有金属电极(4)，所述封装反射层(2)位于p型电极区(14)的下侧，所述封装反射层(2)的下侧设置有衬底(5)。6.根据权利要求5所述的一种光电芯片导电层结构，其特征在于：所述外延层(11)从上往下依次包括低温inn层、ingan层、algainn层及高温gan层，所述n型电极区(12)为n型algan层，所述限制层(13)从上往下依次包括有源层(131)、电子阻挡层(132)和dbr反射层(133)，所述p型电极区(14)为p型algan层，所述封装反射层(2)为镀ag层ⅱ。

技术总结
本实用新型公开的属于半导体电子信息技术领域，具体为一种光电芯片导电层结构，包括芯片本体，所述芯片本体的下侧设置有封装反射层，所述芯片本体的上侧设置有石墨烯层；所述芯片本体包括外延层、n型电极区、限制层和p型电极区，所述n型电极区位于外延层与限制层之间，所述限制层位于n型电极区与p型电极区之间，本装置基于垂直UVC光电子芯片的基础，应用在垂直UVC光电子芯片上可以极大的提升电流扩展及UVC光的分布和透射，通过垂直芯片结构使得芯片电流可以上下导通，减小电流的堵塞和增大扩展面积，通过加入石墨烯层，可以提升电极的导电和电流扩展均匀性。的导电和电流扩展均匀性。的导电和电流扩展均匀性。


技术研发人员：王晓波
受保护的技术使用者：西安瑞芯光通信息科技有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/9/1