[发明专利]一种面向紫外通讯的Micro紫外发光二极管芯片

权利要求书

1.一种面向紫外通讯的Micro紫外发光二极管芯片，其特征为该二极管芯片沿着外延生长方向依次包括：衬底、缓冲层、n型电子注入层，所述的n型电子注入层为二级台阶结构，其第一级台阶为暴露部分；凸起的非暴露部分，即n型电子注入层的第二级台阶沿外延生长方向依次为多量子阱层、p型电子阻挡层、第一p型空穴注入层；所述的第一p型空穴注入层为另一个二级台阶结构，其第二级台阶上沿外延生长方向依次为p型空穴加速层、第二p型空穴注入层、p型重掺杂空穴注入层、电流扩展层；电流扩展层上设置有p型欧姆电极，n型电子注入层的暴露部分上设置有n型欧姆电极；

所述的n型电子注入层的一级台阶厚度为n型电子注入层总厚度的1%~99%；

所述的n型电子注入层中暴露部分面积为总面积的5%~99%；

所述的第一p型空穴注入层的一级台阶的厚度为第一p型空穴注入层总厚度的1%~99%；

所述的第一p型空穴注入层中凸起的第二级台阶的面积为第一p型空穴注入层总面积的5~99% ；

所述衬底材料为蓝宝石、石英玻璃、SiC、AlN、GaN或Si；根据外延生长方向的不同，衬底可分为非极性面[1-100]衬底、半极性面[11-22]衬底或极性面[0001]衬底；

所述缓冲层材料为Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N；其中各组分系数应满足如下关系，0≤x1≤1,0≤y1≤1，0≤1-x1-y1≤1，厚度为1～5 μm；

所述n型电子注入层材料为Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N；其中各组分系数应满足如下关系，0≤x2≤1,0≤y2≤1，0≤1-x2-y2≤1，厚度为1～5 μm；所述暴露部分的厚度为0.01～4.95 μm；

所述多量子阱层材料为Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N/Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N；其中各组分系数应满足如下关系，0≤x3≤1,0≤y3≤1，0≤1-x3-y3≤1，0≤x4≤1,0≤y4≤1，0≤1-x4-y4≤1，量子垒Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N位于量子阱Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N两侧，量子阱的个数大于等于1，且应满足量子垒材料的禁带宽度大于量子阱材料的禁带宽度；单层量子阱厚度为1～10 nm，单层量子垒厚度为5～50 nm；

所述p型电子阻挡层材料为Al_x5In_y5Ga_1-x5-y5N；其中各组分系数应满足如下关系，0≤x5≤1，0≤y5≤1，0≤1-x5-y5≤1，厚度为10～100 nm；

所述的第一p型空穴注入层和第二p型空穴注入层的材料为Al_x6In_y6Ga_1-x6-y6N；其中各组分系数应满足如下关系，0≤x6≤1，0≤y6≤1，0≤1-x6-y6≤1，厚度为50～300 nm；

所述的p型空穴加速层材料为Al_x7In_y7Ga_1-x7-y7N；其中各组分系数应满足如下关系，0≤x7≤1，0≤y7≤1，0≤1-x7-y7≤1，厚度为1～10 nm，且应满足p型空穴加速层材料的禁带宽度大于p型空穴注入层材料的禁带宽度；

所述p型重掺杂空穴注入层材料为Al_x8In_y8Ga_1-x8-y8N；其中各组分系数应满足如下关系，0≤x8≤1，0≤y8≤1，0≤1-x8-y8≤1，厚度为10～100 nm；

所述电流扩展层材料为铝、Ni/Au、ITO、石墨烯、氧化锌或金属纳米线，厚度为10～500nm；

所述p型欧姆电极的材质为Cr/Au、Pt/Au、Ni/Au或Ni/Al，其中p型欧姆电极面积占电流扩展层面积百分比为1%～100%；

所述n型欧姆电极的材质为Al/Au、Cr/Au、V/Al/Ni/Au或Ti/Al/Ti/Au，其中n型欧姆电极占暴露的n型电子注入层面积百分比为1%～100%。

2.如权利要求1所述的面向紫外通讯的Micro紫外发光二极管芯片的制备方法，其特征为包括以下步骤：

第一步，将衬底在MOCVD（金属有机化合物化学气相沉积）或MBE（分子束外延）反应炉中进行烘烤，烘烤温度范围为900～1500℃，清除衬底表面异物；

第二步，在MOCVD或MBE反应炉中，在进行第一步处理后的衬底表面外延生长缓冲层；

第三步，在MOCVD或MBE反应炉中，在第二步得到的缓冲层表面外延生长n型电子注入层；

第四步，在MOCVD或MBE反应炉中，在第三步得到的n型电子注入层表面外延生长多量子阱层；

第五步，在MOCVD或MBE反应炉中，在第四步得到的多量子阱层表面外延生长p型电子阻挡层；

第六步，在MOCVD或MBE反应炉中，在第五步得到的p型电子阻挡层表面外延生长第一p型空穴注入层；继续在所得第一p型空穴注入层上外延生长p型空穴加速层；且p型空穴加速层材料的禁带宽度大于p型空穴注入层材料的禁带宽度；

第七步，在MOCVD或MBE反应炉中，在p型空穴加速层表面外延生长第二p型空穴注入层；

第八步，在MOCVD或MBE反应炉中，在第七步得到的第二p型空穴注入层表面外延生长p型重掺杂空穴注入层；

第九步，在第八步得到的p型重掺杂空穴注入层上，利用光刻工艺在其表面刻出第二级台阶图形，随后利用干法刻蚀工艺刻蚀出台阶，并暴露出n型电子注入层；

第十步，在第九步得到的第二级台阶表面上，利用光刻和干法刻蚀工艺刻蚀出第三级台阶，并暴露出第一p型空穴注入层；

第十一步，在第八步得到的p型重掺杂空穴注入层上，利用光刻和蒸镀工艺制作电流扩展层；

第十二步，在电流扩展层和n型电子注入层上，分别利用光刻和蒸镀工艺分别制作p型欧姆电极和n型欧姆电极；

最终得到面向紫外通讯的Micro紫外发光二极管芯片。