一种垂直紫外led芯片的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明的技术方案涉及适用于制造至少有一个电位跃变势皇的专门适用于光发 射的半导体器件的方法，具体地说是一种垂直紫外LED芯片的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着LED技术的快速发展，波长范围在350-280M1的紫外LED的应用范围也越来越 广。紫外LED相比传统的紫外光源更加节能，寿命更长，并且不含有毒物质。但是和InGaN基 的近紫外LED或者蓝光LED相比，紫外LED的量子效率非常的低，另外加上金属反射镜对紫外 波段光线的吸收作用直接导致紫外LED的输出功率仅为输入功率的5%-8%。
[0003] 现有的倒装及垂直紫外LED芯片主要是以Ni、Ag、Al为主的金属形成金属反射镜作 为LED芯片上的反射层以达到反射效果，并Cr、Pt、Au制备金属电极。但是Ni、Ag、Al、Cr、Pt、 Au这些金属对波长在350-280nm的紫外波段有很高的吸收能力，直接影响到紫外LED芯片的 发光亮度。现有的DBR技术被运用在正装LED芯片上，通过在正装LED芯片的背面背镀上DBR 达到反射光线和提高亮度的目的，不同波段的LED芯片使用的DBR的厚度不同。 CN201110212605.3公开了TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片及其制作方法，其主要技术方 案是运用导电DBR作为反射镜和TCO作为电流扩展层，存在TCO对于深紫外光线具有很强的 吸收能力，不适合应用于紫外垂直LED芯片，并且TCO和导电性DBR存在价格昂贵，制备工艺 不稳定的缺陷。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是:提供一种垂直紫外LED芯片的制备方法，采用金属 电流扩展层Ni/Ag加上DBR代替现有技术中的垂直紫外LED芯片的金属反射层，克服了现有 技术中金属反射层对光线的吸收，提高了垂直紫外LED芯片的发光亮度。
[0005] 本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:一种垂直紫外LED芯片的制备方法， 步骤如下：
[0006] 第一步，在蓝宝石衬底片子上用MOCVD依次生长N型外延层、多量子阱层和P型外延 层，将生长好的外延片用质量百分比浓度为98 ^H2SO4与质量百分比浓度为30 ^H2O2按体积 比= 3:1的混合溶液加热到80°C，浸泡10分钟，然后用去离子水冲洗5分钟，最后用甩干机甩 干20分钟；
[0007] 第二步，在经过第一步处理的蓝宝石衬底片子的P型外延层的表面，用电子束蒸发 台蒸镀一层超薄的金属Ni/Ag，作为电流扩展层，其中Ni的厚度控制在5~10A, Ag的厚度控 制在10~4%，.要求该金属电流扩展层在下一步的退火后与P型外延层形成欧姆接触；
[0008] 第三步，将第二步得到的Ni/Ag金属电流扩展层用退火炉在N2环境下退火，退火温 度为350°C~400°C，N2流速为10L/min，退火时间为5~10分钟；
[0009] 第四步，在第三步退火后的Ni/Ag金属电流扩展层上制备DBR层，使用的材料是 SiO2和TiO2蒸发源，用电子束蒸发的方法先蒸镀一层厚度为4200~4400A的SiO 2，然后将 Ti〇2和Si〇2交替蒸发，蒸发4~20周期，每一个蒸发周期中的Ti〇2的厚度均为278~348A , SiO2的厚度均为477~596A,蒸镀时电子束蒸发台参数压力为〇.〇213Pa，温度为300°C;
[0010] 第五步，在第四步制得的DBR层上进行涂胶、曝光、显影和坚膜，形成出2~10个P电 极塞图形，然后再用HF腐蚀液刻蚀出2~10个P电极孔，所刻蚀P电极孔的深度刚好为DBR层 的厚度，然后再去胶清洗甩干，最后再进行涂胶、曝光和显影，再用电子束蒸发台依次蒸镀 Cr/Al/Ti/Au作为P电极塞，并且确保所形成的2~10个P电极塞制备在上述Ni/Ag金属电流 扩展层上，P电极塞的厚度和DBR层的厚度相同；
[0011] 第六步，在第五步的蒸镀P电极塞完成之后，用蓝膜将无用的金属剥离，剥离之后 清洗甩干，然后在上述制备好的DBR层上蒸镀键合金属层，另外在和蓝宝石衬底片子同样大 小的硅片或铜片上蒸镀同样厚度的键合金属层，将完成了第一步至第五步工艺并蒸镀键合 金属层的蓝宝石衬底片子和蒸镀有同样厚度键合金属层的同样大小的硅片或铜片在 Bonding机里键合在一起；
[0012] 第七步，在第六步的Bonding机里键合之后，使用激光剥离技术将蓝宝石衬底片子 的衬底从外延层上剥离下来，再进行涂胶、曝光和显影，再用电子束蒸发台蒸镀N电极，最后 将无用的金属去除，最终完成垂直紫外LED芯片的制备。
[0013] 上述一种垂直紫外LED芯片的制备方法，所述用电子束蒸发台依次蒸镀Cr/Al/Ti/ Au作为P电极塞，所形成Cr厚度为10~l〇〇i、Al厚度为IGOO~30G0A、Ti厚度为1000~300QA 和Au的厚度随着DBR层厚度的变化而变化。
[0014] 上述一种垂直紫外LED芯片的制备方法，所述键合金属为Cr和Au, Cr的厚度为10~ 100.. A，Au的厚度为1~5μηι。
[0015] 上述一种垂直紫外LED芯片的制备方法，所述用电子束蒸发台蒸镀N电极，是用电 子束蒸发台依次蒸镀Cr/Al/Ti/Au，形成Cr厚度为.10~丨00A、Al厚度为1 〇〇〇~3000A、Ti厚度 为1000~3000A和Au厚度为5000~10000A的N电极。
[0016] 上述一种垂直紫外LED芯片的制备方法，所用的原料和设备均是本技术领域熟知 的，由公知途径获得;操作工艺均是本技术领域的技术人员能够掌握的。
[0017] 本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显 著进步：
[0018] (1)本发明的主要实质性特点在于:DBR层和Ni/Ag金属电流扩展层相结合组成高 反射率反射镜，利用DBR层代替了对紫外光具有吸收作用的金属反射层，直接增加了发光效 率，克服了现有技术中金属反射层对光线的吸收，提高了垂直紫外LED芯片的发光亮度;并 且又将2~10个P电极塞蒸镀在金属电流扩展层上，有助于电流的扩展，进一步增加 LED芯片 亮度。
[0019] ⑵本发明中的p电极塞和N电极都是由Cr/Al/Ti/Au构成，该P电极塞和N电极都具 有反射作用。
[0020] (3)本发明的工艺简单，生产成本低。
[0021] (4)本发明还适用于蓝光LED垂直芯片的制备，只需要改变DBR层中SiO2和TiO2的厚 度，便可以形成高蓝光反射率的反射镜，基本排除金属反射镜对光线的吸收，从而达到提高 LED芯片亮度的效果。
【附图说明】
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0023] 图1为本发明一种垂直紫外LED芯片的结构示意图。
[0024] 图2~9为本发明方法的各个步骤示意图，其中：
[0025] 图2为本发明方法中在蓝宝石衬底片子上生长的N型外延层、多量子阱层和P型外 延层的示意图；
[0026] 图3为本发明方法中在外延层的P型外延层上蒸镀Ni/Ag金属电流扩展层的示意 图；
[0027]图4为本发明方法中在Ni/Ag金属电流扩展层上制备DBR层并且刻蚀出P电极孔的 示意图；
[0028]图5为本发明方法中在Ni/A金属电流扩展层上蒸镀P电极塞和在DBR层上蒸镀键合 金属层Cr/Au的示意图；
[0029] 图6为本发明方法中在硅片上蒸镀键合金属Cr/Au的示意图；
[0030] 图7为本发明方法中完成了第一步至第五步工艺的蓝宝石衬底片子和蒸镀有同样 厚度键合金属的同样大小的硅片在Bonding机里键合在一起的示意图；
[0031] 图8为本发明方法中使用激光剥离技术将蓝宝石衬底片子的衬底从外延层的N外 延层上剥离下来后的示意图；
[0032] 图9为本发明方法中制备N电极之后，完成垂直紫外LED芯片的制备的示意图。
[0033]图中，I. N型外延层，2.多量子阱，3. P型外延层，4. Ni/Ag金属电流扩展层，5 . DBR 层，6. P电极塞，7.键合金属Cr层a，8.键合金属Au层a，9.键合金属Au层b，10.键合金属Cr层 b，ll.硅片，12.N电极，13.蓝宝石衬底片子，14.P电极孔。
【具体实施方式】
[0034] 图1所示实施例表明，本发明一种垂直紫外LED芯片的结构包括N型外延层1、多量 子阱2、P型外延层3、Ni/Ag金属电流扩展层4、DBR层5、P电极塞6、键合金属Cr层a7、键合金属 Au层a8、键合金属Au层b9、键合金属Cr层b 10、娃片11和N电极12。
[0035] 图2所示实施例表明，本发明方法中在蓝宝石衬底片子13上生长的N型外延