CN107910415A - 一种短波紫外发光芯片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短波紫外发光芯片的制造方法，复合衬底包括：PSS及在PSS上生长的经过抛光处理的结晶层AlN，AlN抛光处理过程是将PSS上的不平整的AlN连同PSS的蒙古包尖端的蓝宝石被抛光成镜面，再在镜面用溅射等方法生长一层AlN；将生长在复合衬底上的紫外LED器件结构的半导体薄膜进行光刻，定义出芯片图形后刻蚀，刻蚀到本征层AlGaInN或者刻蚀到衬底，在芯片图形上刻蚀形成若干N电极孔，在P型层上形成具有反射作用又起欧姆接触的P电极金属、在N电极孔形成N电极，在P电极反射欧姆接触层上形成阻挡保护层，生长绝缘层，然后光刻后腐蚀绝缘层开孔，加厚N电极和P电极得到倒装结构芯片；本发明的有益效果是提高材料的晶体质量，又可以提高出光效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，涉及一种短波紫外发光芯片的制造方法。
背景技术
紫外(UV)光分为：UVA(波长为315～400nm的紫外线，叫浅紫外)，UVB(波长为280～315nm的紫外线，叫中紫外)，UVC(波长小于280nm的紫外线，叫深紫外)。UVA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。在AlxGayIn1-x-yN(0≤x+y≤1，简写为AlGaInN)基紫外发光芯片中，本专利称以AlGaInN材料为有源区的覆盖的波长在210-365nm之间的紫外LED为短波紫外LED，虽然AlGaInN材料是实现该波段紫外LED器件产品的理想材料，但是现有的AlGaInN基365纳米以下波长的紫外LED发光效率还不高，目前深紫外的内量子效率已经达到了60％以上，但是外量子效率最高也就10％左右，可见出光效率是发光效率低的主要原因；目前半导体发光器件具有同侧电极、上下电极结构(即垂直结构)、倒装芯片和薄膜倒装芯片，倒装芯片、垂直结构或薄膜倒装的发光器件，具有封装简单，可靠性较高，出光好等优点。目前短波紫外特别是深紫外LED芯片外延方法是先在平面蓝宝石上生长一层AlN(氮化铝)，然后再生长深紫外LED结构，这种外延做的倒装芯片出光效率低；这样做的原因是：蓝宝石衬底生长AlN时，由于Al的迁移性很差，用PSS(图形化蓝宝石衬底)生长AlN或者高铝AlGaInN时无法得到光亮的表面，所以生长AlN时或者高铝AlGaInN无法使用PSS，因此生长深紫外LED时，不能利用PSS生长材料时可以提高材料晶体质量及提高出光效率的这一优点；虽然将深紫外做垂直或倒装薄膜芯片能提高出光效率，但是激光剥离深紫外外延片还不是很成熟，有应力、裂纹、良率等问题需要克服，所以用PSS衬底生长深紫外外延且做成倒装芯片是解决出光问题的有效办法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种短波紫外发光芯片的制造方法，解决了用PSS生长AlN或者高铝AlGaInN时无法得到光亮的表面的问题，从而解决了原来生长短波紫外LED时不能利用PSS生长高铝含量的AlGaInN材料的问题。
本发明所采用的技术方案是：
(1)、在复合衬底上生长具有短波紫光LED等器件结构的AlGaInN；所述复合衬底包括：PSS衬底、在PSS上生长的经过后续抛光处理的结晶层AlN，AlN的抛光处理的过程是生长在PSS上的不平整的AlN连同PSS的蒙古包尖端的蓝宝石被抛光成镜面，抛光时无法精确做到不去掉一点PSS蒙古包的尖端而使AlN和PSS的蒙古包的尖端刚好组成镜面，多少会抛光掉一点蒙古包的尖端；由于不可避免的要露出PSS蒙古包尖端的蓝宝石，为了修复抛光损伤及覆盖露出来的PSS蒙古包尖端的蓝宝石，可以在镜面上物理气相沉积(PVD)或者用MOCVD(金属有机化合物气相化学气相沉积)或MBE(分子束外延)再生长一层AlN，或两种或三种沉积方法沉积多层AlN，这里抛光后生长的AlN用于提高后续生长的材料的晶体质量而不是必须的，得到复合衬底；
(2)、将生长在复合衬底上的短波紫外LED器件结构的半导体薄膜进行光刻，定义出芯片图形后刻蚀，刻蚀到本征层AlGaInN或者刻蚀到衬底，然后去掉光刻胶，清洗，然后再光刻，在芯片图形上刻蚀到N层AlGaInN形成若干N电极孔，在P型层上形成具有反射作用又起欧姆接触的P电极金属、在N电极孔形成N电极，在P电极反射欧姆接触层上形成阻挡保护层、在整个外延面上形成绝缘层，然后光刻腐蚀绝缘层开孔，加厚N电极和P电极，得到倒装结构芯片；为了提高出光效率，倒装芯片衬底的背面也可以形成蒙古包或金字塔等其他形状的图形。
进一步，步骤(1)中PSS是蓝宝石、Ga2O3(氧化镓)、C(金刚石)的图形衬底的一种。
进一步，步骤(1)中所述复合衬底的抛光前AlN，其生长方法采用MOCVD、MBE、PVD等方法或者两种或三种方法生长的AlN的多层结构，然后减薄抛光，将粗糙的AlN和PSS蒙古包抛光成镜面，蒙古包也可以是金字塔形等其他形状；抛光后也可以长AlN，其生长方法采用MOCVD、MBE、PVD等方法或者两种或三种方法生长的AlN的多层结构。
进一步，步骤(1)中所述半导体薄膜为有波长短于365纳米的紫外LED的器件结构的AlGaInN薄膜，生长方法采用MOCVD或MBE方法。
进一步，步骤(2)中所述P电极反射欧姆接触层为Ni(镍)/Ag(银)、Ga2O3(氧化镓)/Ag、Ga2O3/Al(铝)、Ni/Al、ZnO(氧化锌)/Al等叠层结构中的一种，其中Ni的厚度在0.5-5埃、Ga2O3、ZnO在5埃-500埃，具有反射作用的金属厚度500-5000埃，阻挡保护层为鎢、钛、铜、铬、铂、金，银，或其中两种或多种金属的合金或多层组合等。
进一步，步骤(2)中N电极接触层材料是Al、Ti、Cr或者它们的组合。
本发明的有益效果是可以通过由PSS制作的复合衬底上外延具有短波紫外LED结构的AlGaInN，提高材料的晶体质量，又可以提高出光效率。
附图说明
图1是蒙古包型的PSS示意图；
图2是在PSS上用MOCVD外延生长AlN示意图；
图3是抛光AlN示意图；
图4是为修复磨抛损伤层沉积的AlN示意图；
图5是深紫外LED结构的外延层示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
下面以铝镓铟氮(AlGaInN)薄膜为例进行说明，本发明的短波紫外发光芯片的制造方法包含以下步骤：
(1)如图1所示为有蒙古包型的PSS；图2是在PSS上用MOCVD外延生长AlN，厚度在0.5微米-50微米，由于Al的迁移性差，所以无法在PSS生长的表面光亮平整的AlN，然后进行化学机械研磨抛光；如图3，将AlN进行抛光，得到平整的AlN膜；如图4，然后为了修复磨抛损伤的AlN再用MOCVD或MBE或PVD生长一层AlN；如图5，在图4上用MOCVD生长有LED器件结构的高铝AlGaInN，这里所指的复合衬底由PSS、磨抛后表面光亮平整的AlN，表面修复层AlN(不是必须的)。
(2)在蓝宝石复合衬底上外延生长有短波紫光LED等量子阱结构的或其他器件结构的铝镓铟氮等半导体薄膜后，用干法刻蚀的办法将铝镓铟氮器件薄膜图形化，刻蚀到AlGaInN本征层或衬底。
(3)、在所述的图形化AlGaInN上形成N电极孔。
(4)在所述的图形化AlGaInN的P型上形成反射欧姆金属层；
(5)、在所述的反射/欧姆金属层上形成反射欧姆金属层的阻挡保护金属层如：鎢、钛、铜、铬、铂、金，银，或其中两种或多种金属的多层组合。
(6)在阻挡层上形成绝缘层如SiO2等，然后光刻腐蚀绝缘层，开出N电极、P电极孔，形成P电极，N电极，得到高亮的倒装短波紫外LED。
通过由PSS制作的复合衬底上外延具有短波紫外LED结构的AlGaInN，这样即可以提高材料的晶体质量，又可以提高出光效率，制作成高发光效率的倒装芯片，有利于短波紫外特别是深紫外LED等器件普及。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种短波紫外发光芯片的制造方法，其特征在于按照以下步骤进行：
步骤1：在复合衬底上生长有短波紫光LED器件结构的AlGaInN；其中复合衬底包括PSS和在PSS上生长的经过抛光处理的结晶层AlN，AlN抛光处理过程是生长在PSS上的不平整的AlN、不可避免的连同PSS的蒙古包尖端的蓝宝石被抛光成镜面；可以再在镜面用PVD或用MOCVD或用MBE生长一层AlN，或上述三种方法的两种或三种方法生长多层AlN，起抛光损伤修复作用，形成复合衬底；
步骤2：将生长在复合衬底上的短波紫外LED器件结构的半导体薄膜进行光刻，定义出芯片图形后刻蚀，刻蚀到本征层AlGaInN或者刻蚀到衬底，然后去掉光刻胶，清洗，然后再光刻，在芯片图形上刻蚀到N层AlGaInN形成若干N电极孔，在P型层上形成具有反射作用又起欧姆接触的P电极金属、在N电极孔形成N电极，在P电极反射欧姆接触层上形成阻挡保护层、在整个外延面上形成绝缘层，然后光刻腐蚀开孔加厚N电极和P电极，得到倒装结构芯片。
2.按照权利要求1所述一种短波紫外发光芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤1中PSS是蓝宝石、C、Ga2O3制备成的图形衬底的一种，蒙古包也可以是金字塔等其他形状。
3.按照权利要求1所述一种短波紫外发光芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤1中复合衬底的结晶层AlN生长方法，采用物理气相沉或有机化学气相沉积生长或分子束外延生长AlN薄膜，或者三种沉积方法中的两种或三种方法沉积的多层AlN薄膜。
4.按照权利要求1所述一种短波紫外发光芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中半导体薄膜为有波长短于365纳米的紫外LED的器件结构的AlGaInN薄膜，生长方法采用MOCVD或MBE方法。
5.按照权利要求1所述一种短波紫外发光芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中P电极反射欧姆接触层为Ni/Ag、Ga2O3/Ag、Ga2O3/Al、Ni/Al、ZnO/Al叠层结构中的一种，其中Ni的厚度在0.5-5埃、Ga2O3或ZnO厚度在5埃-500埃，具有反射作用的金属厚度500-5000埃，所述阻挡保护层为鎢、钛、铜、铬、铂、金，银，或其中两种或多种金属的合金或多层组合。
6.按照权利要求1所述一种短波紫外发光芯片的制造方法，其特征在于：所述N型电极接触层材料是Al、Ti、Cr或者他们的组合。
7.按照权利要求1所述一种短波紫外发光芯片的制造方法，为了提高出光效率，倒装芯片衬底背面也可以形成蒙古包或金字塔等其他形状的图形。
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