CN115084116A - 一种AlInGaN发光和探测集成芯片 - Google Patents

一种AlInGaN发光和探测集成芯片 Download PDF

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Abstract

本发明涉及紫外发光芯片技术领域，尤其涉及一种AlInGaN发光和探测集成芯片；本发明所述AlInGaN发光和探测集成芯片包括AlInGaN紫外发光芯片和AlInGaN紫外探测器芯片；所述AlInGaN紫外发光芯片和AlInGaN紫外探测器芯片的外延结构独立的包括衬底和设置在所述衬底一侧表面的功能层；所述AlInGaN紫外发光芯片的功能层和AlInGaN紫外探测器芯片的功能层之间通过隔离层隔离。所述AlInGaN发光和探测集成芯片使芯片在发光的同时，能够实时监测发光强度的大小，监测紫外强度随时间的衰减情况。

Description

一种AlInGaN发光和探测集成芯片
技术领域
本发明涉及紫外发光芯片技术领域，尤其涉及一种AlInGaN发光和探测集成芯片。
背景技术
紫外探测器是将一种形式的电磁辐射信号转换成另一种易被接收处理信号形式的传感器，光电探测器利用光电效应，把光学辐射转化成电学信号。光电效应中，光子激发光阴极产生光电子，然后被收集放大，获得的光信号（电流等）是接收到的辐射转换值。半导体探测器件因其优异的特性在很多领域被广泛应用，尤其紫外半导体探测器因其军事和民用领域而备受关注。AlGaN PIN型光电二极管，金属-半导体-金属（MSM）光电二极管，PN结型光电二极管，肖特基型光电二极管，这些探测器结构在紫外探测领域得到广泛的研究及应用。
同时，紫外发光也备受关注，基于氮化铝镓（AlInGaN）材料的深紫外发光二极管具备坚固、节能、寿命长、无汞和环保等优点。AlInGaN材料因其禁带宽度能够跨越370nm直达200nm波段，所以AlInGaN材料是很好的紫外发光材料，其波长能够覆盖UVA、UVB和UVC。UVA在光固化领域的应用颇为广泛，同时UVB是光疗的有效波段，能够治疗白癜风、牛皮癣等皮肤病，UVC在紫外消杀领域独具特点，广受消杀场景的热爱。但是通常来讲，AlInGaN紫外发光性能需要通过积分球或者照度计测量，设备昂贵且过程复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种AlInGaN发光和探测集成芯片，所述AlInGaN发光和探测集成芯片使芯片在发光的同时，能够实时监测发光强度的大小，监测紫外强度随时间的衰减情况。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种AlInGaN发光和探测集成芯片，包括AlInGaN紫外发光芯片和AlInGaN紫外探测器芯片；
所述AlInGaN紫外发光芯片和AlInGaN紫外探测器芯片的外延结构独立地包括衬底和设置在所述衬底一侧表面的功能层；
所述AlInGaN紫外发光芯片的功能层和AlInGaN紫外探测器芯片的功能层之间通过隔离层隔离；
所述功能层包括依次层叠设置的半导体AlInGaN缓冲层、半导体超晶格层、非掺杂AlInGaN半导体层、第一N型AlInGaN半导体层、第二N型AlInGaN半导体层、量子阱发光层、P型AlInGaN空穴注入层、非掺杂的AlInGaN光吸收层、P型AlInGaN空穴传输层和P型AlInGaN接触层。
优选的，所述半导体AlInGaN缓冲层的材料为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，其中，x1>0.8，y1<0.02；
所述半导体AlInGaN缓冲层的厚度为300~5000nm。
优选的，所述半导体超晶格层包括依次交替层叠设置的Alx2Iny2Ga1-x2-y2N层和Alx3Iny3Ga1-x3-y3N，其中，x2和x3独立的>0.6，y2和y3独立的<0.02；
每层Alx2Iny2Ga1-x2-y2N层和Alx3Iny3Ga1-x3-y3N的厚度独立的为1~5nm；
所述交替层叠设置的周期为2~100。
优选的，所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料为非掺杂的Alx4Iny4Ga1-x4-y4N，其中，x4>0.8，y4<0.02，且x4<x1；
所述非掺杂AlInGaN半导体层的厚度为200~5000nm。
优选的，所述第一N型AlInGaN半导体层的材料为N型掺杂的Alx5Iny5Ga1-x5-y5N，其中，x5>0.6，y5<0.05，且x5<x4；所述第一N型AlInGaN半导体层中N型掺杂的浓度为1×1017cm-3~5×1018cm-3；
所述第一N型AlInGaN半导体层的厚度为200~2000nm；
所述第二N型AlInGaN半导体层的材料为N型掺杂的Alx6Iny6Ga1-x6-y6N，其中，x6>0.3，y6<0.05，且x6<x5；所述第二N型AlInGaN半导体层中N型掺杂的浓度为1×1018cm-3~1×1019cm-3；
所述第二N型AlInGaN半导体层的厚度为200~2000nm。
优选的，所述量子阱发光层的材料为依次层叠设置的量子垒层和量子阱层；
所述量子垒层的材料为N型掺杂的Alx7Iny7Ga1-x7-y7N，N型掺杂浓度为1×1017cm-3~5×1018cm-3；厚度为3~20nm；
所述量子阱层的材料为Alx8Iny8Ga1-x8-y8N，厚度为1~5nm；
其中，x7>x8，y7和y8独立的<0.05。
优选的，所述P型AlInGaN空穴注入层的材料为P型掺杂的Alx9Iny9Ga1-x9-y9N，P型掺杂浓度为1×1018cm-3~5×1019cm-3；厚度为2~200nm。
优选的，所述非掺杂的AlInGaN光吸收层的材料为Alx10Iny10Ga1-x10-y10N，其中，y10<0.05；厚度为10~300nm。
优选的，所述P型AlInGaN空穴传输层的材料为P型掺杂的Alx11Iny11Ga1-x11-y11N，其中x11<0.4，y11<0.1；P型掺杂浓度为1×1018cm-3~5×1019cm-3；厚度为10~100nm。
优选的，所述P型AlInGaN接触层的材料为P型掺杂的Alx12Iny12Ga1-x12-y12N，其中x12<x11，y12<0.1；P型掺杂浓度为1×1019cm-3~5×1020cm-3；厚度为5~200nm。
优选的，所述AlInGaN发光和探测集成芯片为倒装结构芯片；
所述AlInGaN紫外发光芯片外延结构和AlInGaN紫外探测器芯片外延结构的P型AlInGaN接触层表面均设置有P电极；
所述AlInGaN紫外发光芯片外延结构和AlInGaN紫外探测器芯片外延结构的第二N型AlInGaN半导体层的表面均设置有N电极；
所述P电极和N电极通过焊接材料与支架材料连接。
优选的，所述AlInGaN紫外发光芯片外延结构表面的N电极为叉指型分布；
所述AlInGaN紫外探测器芯片外延结构表面的N电极为对角型分布。
本发明提供了一种AlInGaN发光和探测集成芯片，包括AlInGaN紫外发光芯片和AlInGaN紫外探测器芯片；所述AlInGaN紫外发光芯片和AlInGaN紫外探测器芯片的外延结构独立的包括衬底和设置在所述衬底一侧表面的功能层；所述AlInGaN紫外发光芯片的功能层和AlInGaN紫外探测器芯片的功能层之间通过隔离层隔离；所述功能层包括依次层叠设置的半导体AlInGaN缓冲层、半导体超晶格层、非掺杂AlInGaN半导体层、第一N型AlInGaN半导体层、第二N型AlInGaN半导体层、量子阱发光层、P型AlInGaN空穴注入层、非掺杂的AlInGaN光吸收层、P型AlInGaN空穴传输层和P型AlInGaN接触层。当此半导体器件正向导通时，在N型AlInGaN半导体层产生的电子和在P型AlInGaN空穴注入层产生的空穴会在量子阱发光层复合发光。而当此器件接收到紫外光照射时，非掺杂的AlInGaN光吸收层会吸收紫外光而形成电子空穴对激发，电子会从器件内部向正电极迁移，空穴会向负电极迁移，在整个器件中会形成可测量的光电流。从而此器件具备了半导体发光性能和半导体光探测性能。此器件结构设计的关键点在于同时具备了量子阱发光层和光吸收层（非掺杂的AlInGaN光吸收层），量子阱发光层和非掺杂的AlInGaN光吸收层之间用P型AlInGaN空穴注入层阻挡，不会影响器件的发光性能，同时也不会影响探测性能。
与现有技术相比，本发明所述AlInGaN发光和探测集成芯片具有以下优势：
1）兼具发光特性和探测特性；
2）为紫外发光和探测提供更多集成化思路。
附图说明
图1为实施例1~4所述外延结构的制备流程图；
图2为本发明所述AlInGaN紫外发光芯片和AlInGaN紫外探测器芯片的外延结构的结构示意图；其中，201-衬底，202-半导体AlInGaN缓冲层，203-半导体超晶格层，204-非掺杂AlInGaN半导体层，205-第一N型AlInGaN半导体层，206-第二N型AlInGaN半导体层，207-量子阱发光层，208-P型AlInGaN空穴注入层，209-非掺杂的AlInGaN光吸收层，210-P型AlInGaN空穴传输层，211-P型AlInGaN接触层；
图3为本发明所述AlInGaN发光和探测集成芯片截面结构的结构示意图；
AlInGaN紫外发光芯片结构：3101-衬底，3102-半导体AlInGaN缓冲层，3103-半导体超晶格层，3104-非掺杂AlInGaN半导体层，3105-第一N型AlInGaN半导体层，3106-第二N型AlInGaN半导体层，3107-量子阱发光层，3108-P型AlInGaN空穴注入层，3109-非掺杂的AlInGaN光吸收层，3110-P型AlInGaN空穴传输层，3111-P型AlInGaN接触层,3112-P电极材料层，3113-N电极材料层；
AlInGaN紫外探测器芯片结构：3201-衬底，3202-半导体AlInGaN缓冲层，3203-半导体超晶格层，3204-非掺杂AlInGaN半导体层，3205-第一N型AlInGaN半导体层，3206-第二N型AlInGaN半导体层，3207-量子阱发光层，3208-P型AlInGaN空穴注入层，3209-非掺杂的AlInGaN光吸收层，3210-P型AlInGaN空穴传输层，3211-P型AlInGaN接触层，3212-P电极材料层，3213-N电极材料层；
3214-隔离层；
图4为本发明所述AlInGaN发光和探测集成芯片的倒装结构示意图；
AlInGaN紫外发光芯片结构：4101-支架材料，4102-N电极焊接材料，4103-N电极材料，4104-P电极焊接材料，4105-P电极材料，4106-N电极绝缘层材料，4107-N电极加厚材料，4108-P型AlInGaN接触层，4109-P型AlInGaN空穴传输层，4110-非掺杂的AlInGaN光吸收层，4111-P型AlInGaN空穴注入层，4112-量子阱发光层，4113-第二N型AlInGaN半导体层，4114-第一N型AlInGaN半导体层，4115-非掺杂AlInGaN半导体层，4116-半导体超晶格层，4117-半导体AlInGaN缓冲层，4118-衬底；
AlInGaN紫外探测器芯片结构：4201-支架材料，4202-N电极焊接材料，4203-N电极材料，4204-P电极焊接材料，4205-P电极材料，4206-N电极绝缘层材料，4207-N电极加厚材料，4208-P型AlInGaN接触层，4209-P型AlInGaN空穴传输层，4210-非掺杂的AlInGaN光吸收层，4211-P型AlInGaN空穴注入层，4212-量子阱发光层，4213-第二N型AlInGaN半导体层，4214-第一N型AlInGaN半导体层，4215-非掺杂AlInGaN半导体层，4216-半导体超晶格层，4217-半导体AlInGaN缓冲层，4218-衬底，4219-隔离层；
图5为本发明所述AlInGaN发光和探测集成芯片的正面结构示意图；501-AlInGaN紫外发光芯片的P电极区，502-AlInGaN紫外发光芯片的N电极区，503-隔离层，504-AlInGaN紫外探测器芯片的P电极区，505-AlInGaN紫外探测器芯片的N电极区。
具体实施方式
本发明提供了一种AlInGaN发光和探测集成芯片，包括AlInGaN紫外发光芯片和AlInGaN紫外探测器芯片；
所述AlInGaN紫外发光芯片和AlInGaN紫外探测器芯片的外延结构独立地包括衬底和设置在所述衬底一侧表面的功能层（如图2所示）；
所述AlInGaN紫外发光芯片的功能层和AlInGaN紫外探测器芯片的功能层之间通过隔离层隔离；
所述功能层包括依次层叠设置的半导体AlInGaN缓冲层、半导体超晶格层、非掺杂AlInGaN半导体层、第一N型AlInGaN半导体层、第二N型AlInGaN半导体层、量子阱发光层、P型AlInGaN空穴注入层、非掺杂的AlInGaN光吸收层、P型AlInGaN空穴传输层和P型AlInGaN接触层（如图2所示）。
在本发明中，所述衬底的材料优选包括蓝宝石、AlN或Ga2O3。在本发明中，选用上述紫外透过率高的衬底材料能够保证光在衬底表面进行照射时，具有较高的透过率，使所述AlInGaN紫外发光芯片和AlInGaN紫外探测器芯片的外延结构能够制备得到倒装芯片。
在本发明中，所述半导体AlInGaN缓冲层的材料优选为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，其中，x1优选>0.8，y1优选<0.02；所述半导体AlInGaN缓冲层的厚度优选为300~5000nm，更优选为1000~3000nm，最优选为1000~2000nm。
在本发明中，所述半导体AlInGaN缓冲层作为打底层的目的是做好外延结构材料的基础，提高整个外延结构材料的质量，减少外延结构材料的位错密度，提升内量子效率。
在本发明中，所述半导体超晶格层优选包括依次交替层叠设置的Alx2Iny2Ga1-x2-y2N层和Alx3Iny3Ga1-x3-y3N，其中，x2和x3独立的优选>0.6，y2和y3独立的优选<0.02；每层Alx2Iny2Ga1-x2-y2N层和Alx3Iny3Ga1-x3-y3N的厚度独立的优选为1~5nm，更优选为1~4nm，最优选为2~3nm；所述交替层叠设置的周期优选为2~100，更优选为30~50。
在本发明中，所述半导体超晶格层的目的是阻碍底层位错的延伸，是减少量子阱发光层和吸收层位错密度的有效手段。
在本发明中，所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料优选为非掺杂的Alx4Iny4Ga1-x4- y4N，其中，x4优选>0.8，y4优选<0.02，且x4优选<x1；所述非掺杂AlInGaN半导体层的厚度优选为200~5000nm，更优选为500~3000nm，最优选为500~1000nm。
在本发明中，所述非掺杂的Alx4Iny4Ga1-x4-y4N中因其Al组分处于半导体AlInGaN缓冲层和第一N型AlInGaN半导体层之间，能够起到很好的Al组分缓冲，减少材料生长过程中应力的产生，减少了发光层的应变，降低了量子斯塔克效应，提升电子空穴再发光层的复合效率。
在本发明中，所述第一N型AlInGaN半导体层的材料优选为N型掺杂的Alx5Iny5Ga1-x5-y5N，其中，x5优选>0.6，y5优选<0.05，且x5优选<x4；所述第一N型AlInGaN半导体层中N型掺杂的浓度优选为1×1017cm-3~5×1018cm-3，更优选为5×1017cm-3~3×1018cm-3，最优选为1×1018cm-3~2×1018cm-3；所述第一N型AlInGaN半导体层的厚度优选为200~2000nm，更优选为500~3000nm，最优选为500~1000nm。
在本发明中，所述第一N型AlInGaN半导体层的目的是做好非掺杂AlInGaN半导体层和第二N型AlInGaN半导体层的Al组分缓冲层，同时，也为第二N型AlInGaN半导体层做好掺杂的缓冲，缓解应力。
在本发明中，所述第二N型AlInGaN半导体层的材料优选为N型掺杂的Alx6Iny6Ga1-x6-y6N，其中，x6优选>0.3，y6优选<0.05，且x6优选<x5；所述第一N型AlInGaN半导体层中N型掺杂的浓度优选为1×1018cm-3~1×1019cm-3，更优选为5×1017cm-3~8×1018cm-3，最优选为1×1018cm-3~5×1018cm-3；所述第二N型AlInGaN半导体层的厚度优选为200~2000nm，更优选为500~3000nm，最优选为500~1000nm。
在本发明中，所述第二N型AlInGaN半导体层为N电极接触层，该层的掺杂和Al组分都是有利于N电极的接触。
在本发明中，所述量子阱发光层的材料优选为依次层叠设置的量子垒层和量子阱层；所述量子垒层的材料优选为N型掺杂的Alx7Iny7Ga1-x7-y7N，N型掺杂浓度优选为1×1017cm-3~5×1018cm-3；厚度优选为3~20nm，更优选为5~15nm，最优选为8~12nm。
在本发明中，所述量子阱层的材料优选为Alx8Iny8Ga1-x8-y8N，厚度优选为1~5nm，更优选为1~3nm，最优选为1~2nm。
在本发明中，x7优选>x8，x8的取值范围优选根据响应波长进行调整；y7和y8独立的优选<0.05。
在本发明中，所述P型AlInGaN空穴注入层的材料优选为P型掺杂的Alx9Iny9Ga1-x9- y9N，其中，x9优选>x8，y9优选<0.05；P型掺杂浓度优选为1×1018cm-3~5×1019cm-3，更优选为5×1018cm-3~3×1019cm-3，最优选为8×1018cm-3~1×1019cm-3；厚度优选为2~200nm，更优选为10~100nm，最优选为20~50nm。
在本发明中，所述P型AlInGaN空穴注入层的目的是为了量子阱发光层提供源源不断的空穴，同时也一定程度上为电子阻挡层限制了大量电子外溢至P型区，提高了电子空穴在量子阱发光层的复合效率。
在本发明中，所述非掺杂的AlInGaN光吸收层的材料优选为Alx10Iny10Ga1-x10-y10N，其中，x10的取值范围优选根据吸收谱进行调整；y10优选<0.05；厚度优选为10~300nm，更优选为10~100nm，最优选为50~100nm。
在本发明中，所述非掺杂的AlInGaN光吸收层的目的是吸收紫外线，紫外线能够激发电子空穴对，在外部电压的作用下迁移，形成光生载流子，即为光探测的电流信号源。
在本发明中，所述P型AlInGaN空穴传输层的材料优选为P型掺杂的Alx11Iny11Ga1-x11-y11N，其中x11优选<0.4，y11优选<0.1；P型掺杂浓度优选为1×1018cm-3~5×1019cm-3，更优选为5×1018cm-3~5×1019cm-3，最优选为1×1019cm-3~5×1019cm-3；厚度优选为10~100nm，更优选为10~100nm，最优选为20~50nm。
在本发明中，所述P型AlInGaN空穴传输层的作用是为提供源源不断的空穴，同时保证空穴在材料体内均匀的传输。
在本发明中，所述P型AlInGaN接触层的材料优选为P型掺杂的Alx12Iny12Ga1-x12- y12N，其中x12优选<x11，y12优选<0.1；P型掺杂浓度优选为1×1019cm-3~5×1020cm-3，更优选为5×1019cm-3~3×1020cm-3，最优选为1×1020cm-3~3×1020cm-3；厚度优选为5~200nm，更优选为5~50nm，最优选为10~20nm。
在本发明中，所述P型AlInGaN接触层优选为P型电极的接触材料，能够保证P型电极有非常低的接触电阻。
在本发明中，所述AlInGaN紫外发光芯片的功能层和AlInGaN紫外探测器芯片的功能层之间通过隔离层隔离。在本发明中，所述隔离层优选通过刻蚀的方式将所述AlInGaN紫外发光芯片的功能层和AlInGaN紫外探测器芯片的功能层隔离开。在本发明中，所述隔离层能够使AlInGaN紫外发光芯片和AlInGaN紫外探测器芯片同时工作，互不干扰。
在本发明中，所述隔离层的材料优选为SiO2。
在本发明中，所述AlInGaN紫外发光芯片优选为正向通电；所述AlInGaN紫外探测器芯片优选为反向电流。
在本发明中，所述AlInGaN发光和探测集成芯片为倒装结构芯片（如图4所示）；
所述AlInGaN紫外发光芯片外延结构和AlInGaN紫外探测器芯片的P型AlInGaN接触层表面均优选设置有P电极；
所述AlInGaN紫外发光芯片外延结构和AlInGaN紫外探测器芯片的第二N型AlInGaN半导体层的表面均优选设置有N电极；
所述P电极和N电极优选通过焊接材料与支架材料连接。
在本发明中，所述P电极优选通过P电极焊接材料与支架材料连接；所述N电极优选通过N电极焊接材料与支架材料连接；所述N电极包括N电极材料和N电极加厚材料；所述N电极材料和N电极加厚材料优选相同。
在本发明中，所述P电极焊接材料的种类优选为Ni/Au，所述Ni/Au可以理解为依次层叠设置的Ni层和Au层；所述N电极焊接材料的种类优选为Ti/Al，所述Ti/Al可以理解为依次层叠设置的Ti层和Al层。
在本发明中，N电极与P电极之间优选通过N电极绝缘层隔开。在本发明中，所述N电极绝缘层的材料优选为SiO2。
本发明对所述支架材料没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于芯片结构的支架材料即可。
在本发明中，所述P电极的材料优选为ITO、Ni、Au和Al中的一种或几种；当所述P电极的材料为上述具体物质中的两种优选对不同材料进行分层设置。
在本发明中，所述N电极的材料优选为Ti、Al、Ni、Au和Cr中的一种或几种；当所述N电极的材料为上述具体物质中的两种优选对不同材料进行分层设置。
在本发明中，所述AlInGaN紫外发光芯片外延结构表面的N电极优选为叉指型分布；
所述AlInGaN紫外探测器芯片外延结构表面的N电极优选为对角型分布。
本发明所述AlInGaN发光和探测集成芯片的制备过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明的具体实施例中，所述AlInGaN发光和探测集成芯片的制备优选为首先制备得到一个整体的外延结构，然后经过干法刻蚀刻蚀出隔离层，通过所述隔离层将所述外延结构分隔为AlInGaN紫外发光芯片外延结构和AlInGaN紫外探测器芯片外延结构；然后分别在所述AlInGaN紫外发光芯片外延结构和AlInGaN紫外探测器芯片外延结构上制备N电极和P电极，最后制备倒装结构的AlInGaN发光和探测集成芯片。
下面结合实施例对本发明提供的AlInGaN发光和探测集成芯片进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，在1250℃的温度下，在所述蓝宝石衬底表面依次生长AlN缓冲层（厚度为1μm），交替生长AlN层（厚度为2nm）和Al0.8Ga0.2N层（厚度为4nm）10个周期，生长非掺杂Al0.7Ga0.3N层（厚度为1μm），生长第一N型掺杂Al0.6Ga0.4N层（厚度为1μm，N型掺杂浓度为1×1018cm-3），生长第二N型掺杂Al0.5Ga0.5N层（厚度为0.5μm，N型掺杂浓度1.5×1018cm-3），生长Al0.6In0.01Ga0.49N量子垒层（厚度为12nm）和Al0.3In0.01Ga0.69N量子阱层（厚度为2nm）8个周期，生长P型掺杂的Al0.7In0.01Ga0.29N空穴注入层（厚度为20nm，P型掺杂的浓度为5.0×1018cm-3），生长非掺杂Al0.3In0.01Ga0.69N光吸收层（厚度为50nm），生长P型掺杂的Al0.3In0.01Ga0.69N空穴传输层（厚度为50nm，P型掺杂的浓度为1.0×1019cm-3），生长P型掺杂GaN接触层（厚度为20nm，P型掺杂的浓度为2×1019cm-3），得到外延结构；
按照图3所示结构，采用干法刻蚀的方式，刻蚀出隔离层，刻蚀的深度至衬底表面，隔离层的宽度为20μm；将所述外延结构分隔成两部分，一部分为AlInGaN紫外发光芯片外延结构（长宽分别为0.5mm和0.5mm），一部分为AlInGaN紫外探测器芯片的外延结构（长宽分别为0.25mm和0.25mm）；
按照图3所示结构，沿所述P型掺杂GaN接触层刻蚀至第二N型掺杂Al0.5Ga0.5N层的中间位置，得到N型接触层区（如图5所示），在所述N型接触层区蒸镀Ti/Al/Ti/Au作为N电极材料，在所述P型掺杂GaN接触层的表面（P电极区如图5所示）蒸镀ITO作为P电极材料，所述N电极呈叉指形分布（如图5所示）；
将得到的芯片结构表面进行清洗后，进行倒装芯片的制作，得到AlInGaN发光和探测集成芯片；
将所述AlInGaN发光和探测集成芯片在100mA下的功率为20mW，波长为275nm，波长响应谱为220~280nm，响应度为0.3A/W。
实施例2
将蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，在1250℃的温度下，在所述蓝宝石衬底表面依次生长AlN缓冲层（厚度为1.2μm），交替生长AlN层（厚度为2nm）和Al0.8Ga0.2N层（厚度为2nm）20个周期，生长非掺杂Al0.7Ga0.3N层（厚度为2μm），生长第一N型掺杂Al0.6Ga0.4N层（厚度为1μm，N型掺杂浓度为1×1018cm-3），生长第二N型掺杂Al0.5Ga0.5N层（厚度为0.1μm，N型掺杂浓度5×1018cm-3），生长Al0.6In0.01Ga0.49N量子垒层（厚度为12nm）和Al0.3In0.01Ga0.69N量子阱层（厚度为2nm）5个周期，生长P型掺杂的Al0.7In0.01Ga0.29N空穴注入层（厚度为20nm，P型掺杂的浓度为5.0×1018cm-3），生长非掺杂Al0.3In0.01Ga0.69N光吸收层（厚度为80nm），生长P型掺杂的Al0.3In0.01Ga0.69N空穴传输层（厚度为50nm，P型掺杂的浓度为1.0×1019cm-3），生长P型掺杂Al0.3In0.01Ga0.69N接触层（厚度为10nm，P型掺杂的浓度为5×1019cm-3），得到外延结构；
按照图3所示结构，采用干法刻蚀的方式，刻蚀出隔离层，刻蚀的深度至衬底表面，隔离层的宽度为20μm；将所述外延结构分隔成两部分，一部分为AlInGaN紫外发光芯片外延结构（长宽分别为0.5mm和0.5mm），一部分为AlInGaN紫外探测器芯片的外延结构（长宽分别为0.25mm和0.25mm）；
按照图3所示结构，沿所述P型掺杂GaN接触层刻蚀至第二N型掺杂Al0.5Ga0.5N层的中间位置，得到N型接触层区（如图5所示），在所述N型接触层区蒸镀Ti/Al/Ti/Au作为N电极材料，在所述P型掺杂Al0.3In0.01Ga0.69N接触层的表面（P电极区如图5所示）蒸镀ITO作为P电极材料，所述N电极呈叉指型分布分布（如图5所示）；
将得到的芯片结构表面进行清洗后，进行倒装芯片的制作，得到AlInGaN发光和探测集成芯片；
将所述AlInGaN发光和探测集成芯片在100mA下的功率为25mW，波长为275nm，波长响应谱为220~280nm，响应度为0.5A/W。
实施例3
将蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，在1250℃的温度下，在所述蓝宝石衬底表面依次生长AlN缓冲层层（厚度为2μm），交替生长AlN层（厚度为2nm）和Al0.8Ga0.2N层（厚度为2nm）20个周期，生长非掺杂Al0.7Ga0.3N层（厚度为2μm），生长第一N型掺杂Al0.6Ga0.4N层（厚度为1μm，N型掺杂浓度为1×1018cm-3），生长第二N型掺杂Al0.5Ga0.5N层（厚度为0.1μm，N型掺杂浓度5×1018cm-3），生长Al0.6In0.01Ga0.49N量子垒层（厚度为12nm）和Al0.3In0.01Ga0.69N量子阱层（厚度为2nm）6个周期，生长P型掺杂的Al0.6In0.01Ga0.39N空穴注入层（厚度为50nm，P型掺杂的浓度为5.0×1018cm-3），生长非掺杂Al0.2In0.01Ga0.79N光吸收层（厚度为80nm），生长P型掺杂的Al0.3In0.01Ga0.69N空穴传输层（厚度为80nm，P型掺杂的浓度为1.0×1019cm-3），生长P型掺杂Al0.2In0.01Ga0.79N接触层（厚度为20nm，P型掺杂的浓度为5×1019cm-3），得到外延结构；
按照图3所示结构，采用干法刻蚀的方式，刻蚀出隔离层，刻蚀的深度至衬底表面，隔离层的宽度为20μm；将所述外延结构分隔成两部分，一部分为AlInGaN紫外发光芯片外延结构（长宽分别为0.5mm和0.5mm），一部分为AlInGaN紫外探测器芯片的外延结构（长宽分别为0.25mm和0.25mm）；
按照图3所示结构，沿所述P型掺杂GaN接触层刻蚀至第二N型掺杂Al0.5Ga0.5N层的中间位置，得到N型接触层区（如图5所示），在所述N型接触层区蒸镀Ti/Al/Ti/Au作为N电极材料，在所述P型掺杂Al0.2In0.01Ga0.79N接触层的表面（P电极区如图5所示）蒸镀Ni/Au作为P电极材料，所述N电极呈叉指型分布（如图5所示）；
将得到的芯片结构表面进行清洗后，进行倒装芯片的制作，得到AlInGaN发光和探测集成芯片；
将所述AlInGaN发光和探测集成芯片在100mA下的功率为25mW，波长为275nm，波长响应谱为220~280nm，响应度为0.5A/W。
实施例4
将蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，在1250℃的温度下，在所述蓝宝石衬底表面依次生长AlN缓冲层层（厚度为2μm），交替生长AlN层（厚度为2nm）和Al0.8Ga0.2N层（厚度为2nm）20个周期，生长非掺杂Al0.7Ga0.3N层（厚度为2μm），生长第一N型掺杂Al0.6Ga0.4N层（厚度为1μm，N型掺杂浓度为1×1018cm-3），生长第二N型掺杂Al0.5Ga0.5N层（厚度为0.1μm，N型掺杂浓度5×1018cm-3），生长Al0.6In0.01Ga0.49N量子垒层（厚度为12nm）和Al0.2In0.01Ga0.79N量子阱层（厚度为2nm）6个周期，生长P型掺杂的Al0.6In0.01Ga0.39N空穴注入层（厚度为50nm，P型掺杂的浓度为5.0×1018cm-3），生长非掺杂GaN光吸收层（厚度为80nm），生长P型掺杂的GaN空穴传输层（厚度为80nm，P型掺杂的浓度为1.0×1019cm-3），生长P型掺杂GaN接触层（厚度为5nm，P型掺杂的浓度为5×1019cm-3），得到外延结构；
按照图3所示结构，采用干法刻蚀的方式，刻蚀出隔离层，刻蚀的深度至衬底表面，隔离层的宽度为20μm；将所述外延结构分隔成两部分，一部分为AlInGaN紫外发光芯片外延结构（长宽分别为0.5mm和0.5mm），一部分为AlInGaN紫外探测器芯片的外延结构（长宽分别为0.25mm和0.25mm）；
按照图3所示结构，沿所述P型掺杂GaN接触层刻蚀至第二N型掺杂Al0.5Ga0.5N层的中间位置，得到N型接触层区（如图5所示），在所述N型接触层区蒸镀Ti/Al/Ti/Au作为N电极材料，在所述P型掺杂GaN接触层的表面（P电极区如图5所示）蒸镀Ni/Au作为P电极材料，所述N电极呈叉指型分布（如图5所示）；
将得到的芯片结构表面进行清洗后，进行倒装芯片的制作，得到AlInGaN发光和探测集成芯片；
将所述AlInGaN发光和探测集成芯片在100mA下的功率为30mW，波长为305nm，波长响应谱为220~370nm，响应度为0.8A/W。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种AlInGaN发光和探测集成芯片，其特征在于，包括AlInGaN紫外发光芯片和AlInGaN紫外探测器芯片；
所述AlInGaN紫外发光芯片和AlInGaN紫外探测器芯片的外延结构独立地包括衬底和设置在所述衬底一侧表面的功能层；
所述AlInGaN紫外发光芯片的功能层和AlInGaN紫外探测器芯片的功能层之间通过隔离层隔离；
所述功能层包括依次层叠设置的半导体AlInGaN缓冲层、半导体超晶格层、非掺杂AlInGaN半导体层、第一N型AlInGaN半导体层、第二N型AlInGaN半导体层、量子阱发光层、P型AlInGaN空穴注入层、非掺杂的AlInGaN光吸收层、P型AlInGaN空穴传输层和P型AlInGaN接触层。
2.如权利要求1所述AlInGaN发光和探测集成芯片，其特征在于，所述半导体AlInGaN缓冲层的材料为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，其中，x1>0.8，y1<0.02；
所述半导体AlInGaN缓冲层的厚度为300~5000nm。
3.如权利要求2所述AlInGaN发光和探测集成芯片，其特征在于，所述半导体超晶格层包括依次交替层叠设置的Alx2Iny2Ga1-x2-y2N层和Alx3Iny3Ga1-x3-y3N，其中，x2和x3独立的>0.6，y2和y3独立的<0.02；
每层Alx2Iny2Ga1-x2-y2N层和Alx3Iny3Ga1-x3-y3N的厚度独立的为1~5nm；
所述交替层叠设置的周期为2~100。
4.如权利要求3所述AlInGaN发光和探测集成芯片，其特征在于，所述非掺杂AlInGaN半导体层的材料为非掺杂的Alx4Iny4Ga1-x4-y4N，其中，x4>0.8，y4<0.02，且x4<x1；
所述非掺杂AlInGaN半导体层的厚度为200~5000nm。
5.如权利要求4所述AlInGaN发光和探测集成芯片，其特征在于，所述第一N型AlInGaN半导体层的材料为N型掺杂的Alx5Iny5Ga1-x5-y5N，其中，x5>0.6，y5<0.05，且x5<x4；所述第一N型AlInGaN半导体层中N型掺杂的浓度为1×1017cm-3~5×1018cm-3；
所述第一N型AlInGaN半导体层的厚度为200~2000nm；
所述第二N型AlInGaN半导体层的材料为N型掺杂的Alx6Iny6Ga1-x6-y6N，其中，x6>0.3，y6<0.05，且x6<x5；所述第二N型AlInGaN半导体层中N型掺杂的浓度为1×1018cm-3~1×1019cm-3；
所述第二N型AlInGaN半导体层的厚度为200~2000nm。
6.如权利要求1~4任一项所述AlInGaN发光和探测集成芯片，其特征在于，所述量子阱发光层的材料为依次层叠设置的量子垒层和量子阱层；
所述量子垒层的材料为N型掺杂的Alx7Iny7Ga1-x7-y7N，N型掺杂浓度为1×1017cm-3~5×1018cm-3；厚度为3~20nm；
所述量子阱层的材料为Alx8Iny8Ga1-x8-y8N，厚度为1~5nm；
其中，x7>x8，y7和y8独立的<0.05。
7.如权利要求1~4任一项所述AlInGaN发光和探测集成芯片，其特征在于，所述P型AlInGaN空穴注入层的材料为P型掺杂的Alx9Iny9Ga1-x9-y9N，P型掺杂浓度为1×1018cm-3~5×1019cm-3；厚度为2~200nm。
8.如权利要求1~4任一项所述AlInGaN发光和探测集成芯片，其特征在于，所述非掺杂的AlInGaN光吸收层的材料为Alx10Iny10Ga1-x10-y10N，其中，y10<0.05；厚度为10~300nm。
9.如权利要求1~4任一项所述AlInGaN发光和探测集成芯片，其特征在于，所述P型AlInGaN空穴传输层的材料为P型掺杂的Alx11Iny11Ga1-x11-y11N，其中x11<0.4，y11<0.1；P型掺杂浓度为1×1018cm-3~5×1019cm-3；厚度为10~100nm。
10.如权利要求1~4任一项所述AlInGaN发光和探测集成芯片，其特征在于，所述P型AlInGaN接触层的材料为P型掺杂的Alx12Iny12Ga1-x12-y12N，其中x12<x11，y12<0.1；P型掺杂浓度为1×1019cm-3~5×1020cm-3；厚度为5~200nm。
11.如权利要求1所述AlInGaN发光和探测集成芯片，其特征在于，所述AlInGaN发光和探测集成芯片为倒装结构芯片；
所述AlInGaN紫外发光芯片外延结构和AlInGaN紫外探测器芯片外延结构的P型AlInGaN接触层表面均设置有P电极；
所述AlInGaN紫外发光芯片外延结构和AlInGaN紫外探测器芯片外延结构的第二N型AlInGaN半导体层的表面均设置有N电极；
所述P电极和N电极通过焊接材料与支架材料连接。
12.如权利要求11所述AlInGaN发光和探测集成芯片，其特征在于，所述AlInGaN紫外发光芯片外延结构表面的N电极为叉指型分布；
所述AlInGaN紫外探测器芯片外延结构表面的N电极为对角型分布。
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