具有高反射欧姆接触电极的短波紫外led芯片制造方法
【专利摘要】本发明公开了具有高反射欧姆接触电极的紫外LED芯片制造方法，在衬底上生长有紫外量子阱结构的AlxGa1?xN(0≤x≤1)半导体单晶薄膜，得到结构I；将半导体薄膜进行光刻、刻蚀，刻蚀到P型AlxGa1?xN层，留下的P型GaN层的圆柱，P型GaN圆柱间距在0.3?6微米间，将半导体薄膜进行光刻定义出芯片图形后将其刻蚀穿或不刻蚀穿；制作高反射欧姆接触层及阻挡层，通过键合或电镀或二者的混合方式将芯片转移到导电衬底上，最后制作成紫外LED器件，紫外LED通过用对紫外具有高反射率的Ni/Al、Pt/Al、Pd/Al等金属叠层在P型GaN及P型AlxGa1?xN层形成较好的反射欧姆接触，提高了紫外光出光效率。
【专利说明】
具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED芯片制造方法
技术领域
[0001] 本发明属于半导体技术领域，尤其涉及具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED 芯片制造方法。
【背景技术】
[0002] 紫夕KUV)光分为:UVA(波长为315~400nm的紫外线），UVB(波长为280~315nm的紫 外线，UVC(波长小于280nm的紫外线hUVA及UVB的主要用途包括紫外线硬化、文件及纸币辨 伪、医疗、印刷、以及利用光触媒的空气清新器等;UVC主要用于杀菌、生化检测、高密度信息 储存和军用保密通讯等领域。由于紫外LED有节能、环保、轻量化、谱线纯净、安全、无汞污染 等优点，所以逐渐取代传统紫外光源且开发出更多新的应用，以Al xGai-xN(0彡X彡1)材料为 有源区的紫外LED的发光波长能够覆盖210-365nm的紫外波段，我们称之为短波紫外，是实 现该波段紫外LED器件产品的理想材料，但是现有的AlxGa^N基365纳米以下波长的紫外 LED发光效率还不高，主要受以下三个难点的制约：
[0003] 1、制造210-365nm紫外LED尤其当波长越短时，材料AlxGapXN(0彡X彡1，以下相同） 中的铝含量就越高，晶体质量就越难提高，目前还没有价廉物美的解决办法、要么价格昂贵 如采用AlN、GaN衬底；
[0004] 2、P型AlxGanN层掺杂激活难度大及造成欧姆接触非常困难，目前采取提高欧姆 接触的办法在P型AlxG ai-XN层上长一薄层P型GaN层，但这一薄层P型GaN层要吸收紫外光；
[0005] 3、对射紫外反射率高的金属很难和P型GaN形成欧姆接触。
[0006] 4、芯片里的紫外光在AlxGai-xN晶体里的全内反射造成"出光难"。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED芯片制造方法， 旨在解决制造210_365nm紫外LED尤其当波长越短时，材料AlxGal-xN中的铝含量就越高，晶 体质量就越难提高，P型AlxGal-xN层掺杂激活难度大，反射紫外的金属很难和P型GaN形成 欧姆接触，芯片里的紫外光在AlxGal-xN晶体里的全内反射造成出光难的问题。
[0008] 本发明是这样实现的，具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED芯片制造方法，包 括以下步骤：
[0009]步骤一、在衬底上生长有紫外量子井结构的AlxGa^N半导体单晶薄膜，得到结构 I;
[0010] 步骤二、将半导体薄膜进行光刻、刻蚀，刻蚀到P型AlxGal-xN层，留下的P型GaN层 直径为0.3-5微米、厚度小于0.2微米的P型GaN圆柱，P-GaN圆柱间距在0.3-6微米;将半导体 薄膜进行退火以激活P型GaN层及P型Al xGai-xN层，退火条件:通入氮气、氧气、或氮气与氧气 的体积比为4:1的混合气，温度在300-700度之间，时间1-30分钟，去掉表面的氧化物，得到 结构Π ;
[0011]步骤三、将半导体薄膜进行光刻，定义出芯片图形后将半导体薄膜刻蚀穿或不刻 蚀穿，然后去掉光刻胶，清洗，形成反射欧姆接触层及反射欧姆接触层的阻挡保护层，得到 结构ΙΠ ;
[0012] 步骤四、将结构III的阻挡保护层通过邦定压焊的方式连接到导电衬底的粘结层 上得到结构IV;
[0013] 步骤五、将结构IV通过激光剥离或化学腐蚀的办法去掉生长衬底，得到结构V，将 结构V在粘结层熔点温度附近进行退火释放金属及基板对芯片的应力，粗化，去边，钝化，得 到钝化层，然后去掉要做电极地方的钝化层，做上N型AlxGanN的电极，最终得到结构VI的 成品。
[0014]进一步，步骤一中所述衬底为监宝石单晶衬底、娃单晶衬底、碳化娃单晶衬底或它 们对应的图形衬底中的一种。
[0015]进一步，步骤四中导电衬底从下到上依次包括:接触层、导电支撑层、阻挡层和粘 结层，粘结层也可以先形成在结构III上作为其的一部分，或者导电衬底及结构III都有粘 结层。
[0016] 进一步，步骤三中所述反射欧姆接触层为附/^1、？1:/^1、？(1/^1金属叠层，附、？1:、？(1 的厚度为0.?Α-1〇Α，Α1的厚度为500Α-50000Λ·，反射接触层也可为Ν；?、Ρ?：、Ρ(1、Α8·ΑΑ1 中形成合金，附、？1:、？(1、48掺入的质量比不超过5%。
[0017]进一步，在步骤四中，所述结构III的阻挡保护层连接方法为邦定压焊、电镀、或者 两者混合的方式。
[0018]进一步，所述粘结层为In、Sn、In与Sn的合金或AuSn等低恪点金属或合金;阻挡层 为钨、钛、镍、铜、铬、铂、金、银，或其中两种或多种金属的合金或多层组合;所述导电衬底的 导电支撑层为导电单晶硅或多晶硅片或膨胀系数与AlxGanN接近的导电合金，电镀的Cu、 Ni、Ag，或Cu与Ni的叠层的导电导热性好的金属或金属叠层作为导电衬底支撑层;所述接触 层为Al、Au、Cr中的一种。
[0019]进一步，在步骤五中所述钝化层的原料为二氧化硅，二氧化硅钝化层采用PECVD或 溅射方法制备;所述N型AlxGai-XN电极的材料是A1、Ti、Cr、Au或A1、Ti、Cr、Au的组合物。
[0020] 本发明提供的具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED芯片制造方法，通过将P型 GaN层进行图形化，露出了 P型AlxGahN层，这样就减少了吸收紫外的P型GaN层面积有利于 出光，又有利于露出部分的P型AlxG ai-XN层激活，由于用很薄的Ni、Pt、Pd等与A1组成Ni/Al、 Pt/Al、Pd/Al等金属叠层在P型GaN及P型AlxGai-xN层形成较好的反射欧姆接触，比用厚的 ΙΤ0等导电化合物与A1组合成IT0/A1等做反射欧姆接触层具有更高的反射率，极大地提高 了紫外光出光效率，本发明的提高紫外出光的方法不但适用于上述垂直结构短波紫外芯 片，也适用于倒装结构的短波紫外芯片。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明实施例提供的具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED芯片制造方 法流程图；
[0022] 图2为本发明实施例提供的结构I的结构示意图；
[0023] 图3为本发明实施例提供的结构Π 的结构示意图；
[0024] 图4为本发明实施例提供的结构m的结构示意图；
[0025] 图5为本发明实施例提供的结构IV的结构示意图；
[0026] 图6为本发明实施例提供的结构V的结构示意图；
[0027] 图7为本发明实施例经过粗化、钝化、做电极后得到的最终结构示意图。
[0028] 图中：101、衬底；102、成核层；103、AlxGal_xN缓冲层及N层；104、AlxGal_xN量子阱 层；105、P型AlxGal-xN层；106、P型GaN层；107、反射欧姆接触层；201粘结层；202、阻挡层； 203、硅基板;204接触层;301、钝化层;302、N型Al xGai-XN的电极。
【具体实施方式】
[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0030] 如图1所示，本发明是这样实现的，具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED芯片 制造方法，包括以下步骤：
[0031] 步骤S101、在衬底上生长有紫外量子井结构的AlxGai-XN半导体单晶薄膜，得到结 构I;
[0032] 步骤S102、将半导体薄膜进行光刻、刻蚀，刻蚀到P型AlxGal-xN层，留下的P型GaN 层直径为0.3-5微米、厚度小于0.2微米的P型GaN圆柱，P-GaN圆柱间距在0.3-6微米;将半导 体薄膜进行退火以激活P型GaN层及P型Al xGai-xN层，退火条件:通入氮气或氧气或氮气氧气 的体积比约为4:1的混合气，温度在300-700度之间，时间1-30分钟，去掉表面的氧化物，得 到结构II;
[0033] 步骤S103、将半导体薄膜进行光刻，定义出芯片图形后将半导体薄膜刻蚀穿或不 刻蚀穿，然后去掉光刻胶，清洗，形成反射欧姆接触层及反射欧姆接触层的阻挡保护层，得 到结构ΠΙ;
[0034]步骤S104、将结构III的阻挡保护层通过邦定压焊的方式转移到导电衬底的粘结 层上得到结构IV;
[0035]步骤S105、将结构IV通过激光剥离或化学腐蚀的办法去掉生长衬底，得到结构V， 将结构V在粘结层熔点温度附近进行退火释放金属及基板对芯片的应力，粗化，去边，钝化， 得到钝化层，然后去掉要做电极地方的钝化层，做上N型AlxGanN的电极，最终得到结构VI 的成品。
[0036]进一步，步骤S101中衬底为蓝宝石单晶衬底、硅单晶衬底、碳化硅单晶衬底或它们 对应的图形衬底中的一种。
[0037]进一步，步骤S104中导电衬底从下到上依次包括:接触层、导电支撑层、阻挡层和 粘结层，粘结层也可以先形成在结构III上作为其的一部分，或者导电衬底及结构III都有 粘结层。
[0038] 进一步，步骤S103中反射欧姆接触层为附/^1、？丨/^1、？(1/^1金属叠层，附^?(1的 厚度为0.丨A-10A，A1的厚度为500A-50000A,反射接触层也可为Ni、Pt、Pd、Ag掺入A1中 形成合金，附、？1:、？(1、48掺入的质量比不超过5%。
[0039] 进一步，在步骤S104中，结构III的阻挡保护层与导电衬底的连接方法为邦定压 焊、电镀、或者两者混合的方式。
[0040]进一步，粘结层为In、Sn、In与Sn的合金或AuSn等低恪点金属或合金;阻挡层为妈、 钛、镍、铜、铬、铂、金、银，或其中两种或多种金属的合金或多层组合;导电衬底的导电支撑 层为导电单晶硅或多晶硅片或膨胀系数与Al xGai-xN接近的导电合金，电镀的Cu、Ni、Ag，S Cu与Ni的叠层的导电导热性好的金属或金属叠层作为导电衬底;接触层为Al、Au、Cr中的一 种。
[0041] 进一步，在步骤S105中钝化层的原料为二氧化硅，二氧化硅钝化层采用PECVD或溅 射方法制备;N型AlxG ai-XN电极的材料是A1、Ti、Cr、Au或A1、Ti、Cr、Au的组合物。
[0042] 下面结合附图对本发明的应用原理作进一步描述。
[0043] 图2为结构I的结构示意图，提供衬底101，在衬底101上生长A1N等成核层102,在成 核层102上生长AlxGal-xN缓冲层及N层103、之后生长AlxGal-xN量子阱层104、再生长P型 AlxGal-xN 层 105 及P 型GaN 层 106。
[0044] 其中，衬底101可以为蓝宝石、Si、SiC衬底或它们对应的图形衬底中的一种。
[0045] 成核层102为AlN、SiC等薄膜，成核层102优选为A1N薄膜，其生长方法采用物理气 相沉积（PVD)生长或金属有机化学气相沉积(M0CVD)，缓冲层、N层、量子阱、P型层都采用 M0CVD；
[0046] 图3为结构Π 的结构示意图，将半导体薄膜进行光刻、刻蚀，刻蚀到P型AlxGa^N层 105，留下的P型GaN层106为直为径0.3-5微米、厚度为小于0.2微米的圆柱，P型GaN层106太 厚会吸收较多的紫外光，由于P-GaN空穴的扩散长度很短，考虑工艺成本及出光面积，P-GaN 圆柱间距在0.3-6微米间，间距以尽量减少对空穴注入的影响为原则;然后去掉光刻胶，清 洗，再进行退火以激活P型GaN层及P型Al xGai-xN层，退火条件:通入氮气、氧气或氮气氧气体 积比约4:1比例的混合气，温度在400-700度，时间1 -30分钟，然后用盐酸等去掉表面的氧化 物。
[0047] 图4为结构m的结构示意图，将上述外延片光刻出芯片大小图形，AlxGa^N层刻蚀 穿或不刻蚀穿，然后去掉光刻胶，清洗，分别形成反射欧姆接触层107及阻挡保护层108,反 射接触层107为:Ni/Al、Pt/Al、Pd/Al，Ni、Pt或Pd的厚度为(U A-5A，太薄对欧姆接触的帮 助不大，太厚容易吸收紫外光等，A1的厚度为500Α-50000Λ。
[0048]图5为结构IV的结构示意图，硅基板203的背面有接触层204、正面分别有阻挡层 202、粘结层201的作为导电基板和图2结构的外延片压焊在一起，其中粘结层201为In、Sn、 或In与Sn的合金，阻挡层202为钨、钛、铜、铬、铂、金，银，或其中两种或多种金属的合金或多 层组合，导电单晶硅或多晶硅片203,金属层204可以为Al、Au、Cr等金属。
[0049] 图6为结构V的结构示意图，将图5的结构进行激光剥离去掉蓝宝石101，得到图6结 构V的结构示意图；
[0050] 如图7所示，将图6的结构进行粗化，去边，钝化，做N电极得到器件结构，钝化层 301，可以是二氧化硅、硅胶等，Si02可以采用PECVD或溅射等方法制备，硅胶可以才有涂覆 的方法制备，芯片的N型Al xGai-XN的电极302，其材料是A1、Ti、Cr、Au或者他们的组合如:A1/ Ti/Au等，采用蒸发或溅射的方法制备。
[0051] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，如采用上述方法制作倒装短波紫外芯 片，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED芯片制造方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤一、在衬底上生长有紫外量子井结构的AlxGahN半导体单晶薄膜，得到结构I; 步骤二、将半导体薄膜进行光刻、刻蚀，刻蚀到P型AlxGal-xN层，留下的P型GaN层直径 为0.3-5微米、厚度小于0.2微米的P型GaN圆柱，P-GaN圆柱间距在0.3-6微米;将半导体薄膜 进行退火以激活P型GaN层及P型AlxGal-xN层，退火条件:通入氮气、氧气或氮气与氧气体积 比约4:1的混合气，温度在300-700度之间，时间1-30分钟，去掉表面的氧化物，得到结构II; 步骤三、将半导体薄膜进行光刻，定义出芯片图形后将半导体薄膜刻蚀穿或不刻蚀穿， 然后去掉光刻胶，清洗，形成反射欧姆接触层及反射欧姆接触层的阻挡保护层，得到结构 III; 步骤四、将结构III的阻挡保护层通过邦定压焊的方式连接到导电衬底的粘结层上得 到结构IV; 步骤五、将结构IV通过激光剥离或化学腐蚀的办法去掉生长衬底，得到结构V，将结构V 在粘结层熔点温度附近进行退火释放金属及基板对芯片的应力，粗化，去边，钝化，得到钝 化层，然后去掉要做电极地方的钝化层，做上N型Al xGapxN的电极，最终得到结构VI的成品。2. 根据权利要求1所述的具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED芯片制造方法，其特 征在于，步骤一中所述衬底为蓝宝石单晶衬底、硅单晶衬底、碳化硅单晶衬底或它们对应的 图形衬底中的一种。3. 根据权利要求1所述的具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED芯片制造方法，其特 征在于，步骤四中导电衬底从下到上依次包括:接触层、导电支撑层、阻挡层和粘结层，粘结 层也可以先形成在结构III上作为其的一部分，或者导电衬底及结构III都有粘结层。4. 根据权利要求1所述的具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED芯片制造方法，其特 征在于，步骤三中所述反射欧姆接触层为Ni/Al、Pt/Al、Pd/Al金属叠层，Ni、Pt、Pd的厚度为 0,1人-1:〇人，1的厚度为5()0入-50000人，反射接触层也可为附、？丨、？(1^8掺入41中形成合 金，附、？丨、？(1^8掺入的质量比不超过5%。5. 根据权利要求1所述的具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED芯片制造方法，其特 征在于，在步骤四中，所述结构III阻挡保护层连接到导电衬底的方法为邦定压焊、电镀、或 者两者混合的方式。6. 根据权利要求3所述的具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED芯片制造方法，其特 征在于，所述粘结层为In、Sn、In与Sn的合金或AuSn等低恪点金属或低恪点合金;阻挡层为 钨、钛、镍、铜、铬、铂、金、银，或其中两种或多种金属的合金或多层组合;所述导电衬底的导 电支撑层为导电单晶硅或多晶硅片或膨胀系数与Al xGapxN接近的导电合金，或电镀的Cu、 Ni、Ag，或Cu与Ni的叠层的导电导热性好的金属或金属叠层作为导电衬底;所述接触层为 Al、Au、Cr 中的一种。7. 根据权利要求1所述的具有高反射欧姆接触电极的短波紫外LED芯片制造方法，其特 征在于，在步骤五中所述钝化层的原料为二氧化硅，二氧化硅钝化层采用PECVD或溅射方法 制备;所述N型Al xGa1-XN电极的材料是Al、Ti、Cr、Au或Al、Ti、Cr、Au的组合物。
【文档编号】H01L33/32GK106025020SQ201610472516
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】汤英文
【申请人】闽南师范大学, 江苏达安光电有限公司