CN108011002A - 一种紫外led芯片制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种紫外LED芯片制作方法，包括：依次外延生长u‑GaN层、n‑AlGaN层、多量子阱层以及p‑GaN层或p‑AlGaN层；去除部分区域的p‑GaN层或p‑AlGaN层以及多量子阱层和部分n‑AlGaN层；在n‑AlGaN层上制作n型欧姆接触金属；去除n‑AlGaN层上的n型欧姆接触金属；在p‑GaN层或p‑AlGaN层上制作p型欧姆接触层；在p型欧姆接触层上制作金属阻挡层；在n‑AlGaN层上光刻出欧姆接触部分，生长n型欧姆接触层；通过后续加工工艺制得紫外LED芯片。本发明能够明显改善p型欧姆接触和n型欧姆接触特性，提高p面欧姆接触金属粘附性，降低芯片电压，提高芯片稳定性，提高生产良率。

Description

一种紫外LED芯片制作方法
技术领域
本发明属于光电技术领域，具体是涉及一种紫外LED芯片制作方法。
背景技术
随着 LED 研发的不断深入，LED 技术创新与应用领域不断扩展，LED 市场也越来越宽广，紫外LED等市场也逐渐受到关注。紫外LED的发展主流为UV-A LED和UV-C LED，其中UV-A LED多聚焦于光固化市场应用，UV-C LED可应用于食品保鲜、空气净化、水净化等市场。在汞灯使用禁止条例将于2020年发酵的预期心理下，越来越多的光固化设备商积极导入紫外LED，带动2021年整体紫外LED市场产值将达5.55亿美元；在UV-C LED部分，LEDinside预估2021年将达2.57亿美元。总的来说，紫外LED市场前景广阔。
虽然紫外市场被看好，但紫外LED特别是波长小于365nm的紫外LED技术门槛很高。GaN材料对于波长小于365nm的光存在吸收问题，所以对于波长小于365nm的紫外LED，其n型半导体不能为GaN材料，一般采用AlGaN材料。n-AlGaN的欧姆接触需要高温才能形成（一般退火温度要大于等于550℃）。对于垂直结构/倒装结构的紫外LED，p面的欧姆接触通常采用Ag基、Al基反射欧姆接触层，比较难形成且不稳定。n-AlGaN高温退火形成欧姆接触的过程会破坏p面的欧姆接触，通常工艺中采用先制作n型欧姆接触层，再制作p型欧姆接触层来避免p面欧姆接触被破坏的问题。但是，采用先制作n型欧姆接触层，再制作p型欧姆接触层也会带来新的问题：比如p型欧姆接触退火过程破坏n型欧姆接触，以及采用剥离方法制作p型欧姆接触层（先制作n型欧姆接触再制作p型欧姆接触，p型欧姆接触层只能采用剥离工艺制作）引入的粘附性问题等等。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种能够明显改善p型欧姆接触和n型欧姆接触特性，提高p面欧姆接触金属粘附性，降低芯片电压，提高芯片稳定性，提高生产良率的紫外LED芯片制作方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述紫外LED芯片制作方法，其特点是包括以下步骤：
1）在生长衬底上依次外延生长u-GaN层、n-AlGaN层、多量子阱层以及p-GaN层或p-AlGaN层；
2）通过光刻和干法刻蚀去除部分区域的p-GaN层或p-AlGaN层，以及多量子阱层和部分n-AlGaN层，露出n-AlGaN层表面；
3）通过剥离的方法在n-AlGaN层表面上制作n型欧姆接触金属，并高温退火；
4）腐蚀去除n-AlGaN层上的n型欧姆接触金属；
5）在p-GaN层或p-AlGaN层的表面上制作一层p型欧姆接触层，并退火，该p型欧姆接触层也为反射镜层；
6）在p型欧姆接触层的表面制作一层能够包覆该p型欧姆接触层的金属阻挡层；
7）在金属阻挡层和n-AlGaN层表面上生长一层绝缘层，在绝缘层上光刻出n-AlGaN层的欧姆接触部分，并通过腐蚀去除该欧姆接触部分上的绝缘层后，再在该欧姆接触部分上生长n型欧姆接触层，并退火；
8）通过后续加工工艺制得倒装薄膜结构紫外LED芯片或普通倒装结构紫外LED芯片。
其中，上述步骤3）所述n型欧姆接触金属为钛、铝、镍、金、矾、锆中的一种或几种组合或它们的合金。
上述步骤3）所述高温退火的温度为550℃～1000℃，退火时间为20S～60S，退火氛围为N2。
上述步骤4）所述腐蚀采用的溶液为盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、磷酸、冰醋酸、王水中的一种或几种组成的混合液。
上述步骤5）所述p型欧姆接触层采用镍、银、铝、金、铂、钯、镁、钨中的一种或几种或它们的合金制成。
上述步骤5）所述p型欧姆接触层的制备方法为：先采用丙酮、乙醇、盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、磷酸、冰醋酸、王水中的一种或几种组成的混合液对p-GaN层或p-AlGaN层的表面进行处理，然后采用电子束蒸发或磁控溅射的方法在p-GaN层或p-AlGaN层的表面沉积一层p型欧姆接触金属，光刻腐蚀出p型欧姆接触层，并在300℃～600℃下退火60s～300s。
上述步骤6）所述金属阻挡层采用镍、金、钛、铂、钯、钨中的一种或几种或它们的合金制成。
上述步骤7）所述n型欧姆接触层采用钛、铝、镍、金、矾、锆中的一种或几种或它们的合金制成。
上述步骤7）所述退火的温度为25℃～300℃，退火时间为20S～180S，退火氛围N2。
上述步骤8）所述制备倒装薄膜结构紫外LED芯片的具体方法为：
在上述步骤7）之后，先光刻出p型电极区域，并腐蚀去除该区域的绝缘层，然后加厚制得p电极和n电极，再沉积一层绝缘材料层，并做二次电极分布，最后去除生长衬底和u-GaN层，并粗化n-AlGaN层，制得普通倒装结构紫外LED芯片；
或者，在上述步骤7）之后，先在绝缘层上生长一层金属材料层，将二次衬底粘合到该金属材料层上，接着去除生长衬底获得GaN基倒装薄膜结构，并在GaN基倒装薄膜结构上制作出划片槽和p焊盘区域，然后制作p焊盘，最后去除u-GaN层，并粗化n-AlGaN层，制得倒装薄膜结构紫外LED芯片。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1）p型欧姆接触采用先生长金属再光刻腐蚀的方法制作，相比于光刻剥离的方法，此方法更容易对p型半导体表面进行处理，增加了p型欧姆接触金属的粘附性、降低了p型欧姆接触电阻，提高了芯片的良率；
2）本发明采用n型欧姆金属高温激活的方法，高温退火条件下，n型欧姆接触金属与AlGaN中的N形成化合物，AlGaN中的N析出，在n-AlGaN的表面形成N空位，提高了载流子浓度，有利于与二次沉积的n型欧姆接触金属在低温条件下形成良好的欧姆接触；
3）本发明采用先高温激活n-AlGaN，形成N空位，再制备p型欧姆接触，最后再低温条件制备n-AlGaN欧姆接触的方法制备倒装薄膜结构紫外LED芯片。此方法通过高温激活的方法降低了n-AlGaN欧姆接触的退火温度，保证了p、n良好欧姆接触的同时，提高了芯片的可靠性，有效避免了现有工艺中的采用先制备p面欧姆接触再制备n-AlGaN欧姆接触技术中，n-AlGaN欧姆接触高温退火过程破坏p面欧姆接触；或者，采用先制作n型欧姆接触层再制作p型欧姆接触层中，p型欧姆接触退火过程对n型欧姆接触层破坏；或者，只能采用剥离方法制作p型欧姆接触层引入的粘附性等技术难题。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明实施例一的制作过程示意图。
图2为本发明实施例二的制作过程示意图。
图3为本发明实施例一的成品俯视图。
图4为本发明实施例二的成品俯视图。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本发明所述紫外LED芯片制备方法，包括以下步骤：
步骤一、采用蓝宝石衬底作为生长衬底1，在蓝宝石衬底上依次外延生长u-GaN层2、n-AlGaN层3、多量子阱层4以及p-GaN层5；
步骤二、通过光刻和干法刻蚀去除部分区域的p-GaN层、多量子阱层和部分n-AlGaN层，露出n-AlGaN层表面6；
步骤三、通过剥离的方法在n-AlGaN层表面6上制作n型欧姆接触金属7，并在550℃～1000℃的N2氛围中快速退火20S～60S，该n型欧姆接触金属为钛、铝、镍、金、矾、镐中的一种或几种组合或它们的合金；
步骤四、采用腐蚀溶液，将n型欧姆接触金属腐蚀干净，腐蚀时间由金属种类以及其厚度所决定，具体地，所述腐蚀溶液为盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、磷酸、冰醋酸、王水中的一种或几种组成的混合液；
步骤五、采用电子束蒸发或磁控溅射的方法在p-GaN层的表面沉积一层p型欧姆接触金属，光刻腐蚀出p型欧姆接触层8，并置于300℃～600℃温度中退火60s～300s；该p型欧姆接触层8也是反射镜层，具体地，p型欧姆接触金属为银、铝、金、铂、钯、镁、钨中的一种或几种组合或它们的合金；
步骤六、在p型欧姆接触层8的表面制备一层能够将p面欧姆接触层包覆在其内部的金属阻挡层9，用于保护p型欧姆接触层8在后续的工艺中不被破坏，具体地，所述金属阻挡层9采用镍、金、钛、铂、钯、钨中的一种或几种或它们的合金制成；
步骤七、采用PECVD、LPCVD、溅射、涂布等方法中的一种或几种组合在金属阻挡层9、n-AlGaN层表面6以及两者间的侧壁上制备一层绝缘层10，在绝缘层上光刻出n-AlGaN层的欧姆接触部分，并腐蚀去除该部分处的绝缘层，露出n-AlGaN层的欧姆接触部分，然后在露出的n-AlGaN层上生长n型欧姆接触层11，并于25℃～300℃温度中，退火20S～180S，，退火氛围N2；具体地，绝缘层10采用氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、涂布玻璃、聚酰亚胺中的一种或几种制成；腐蚀绝缘层的方法可以是法化学腐蚀、干法ICP刻蚀和RIE刻蚀的任意一种或多种组合；n型欧姆接触层11采用钛、铝、镍、金、矾、锆中的一种或几种或它们的合金制成；
步骤八、在绝缘层上光刻腐蚀出p型电极区域，并腐蚀去除该区域处的绝缘层,露出p型电极区域12；
步骤九、在p型电极区域和n型欧姆接触层上分别加厚制得p电极13和n电极14，具体地，p电极和n电极采用铬、铝、镍、金、铂、钛、铟、钒、钯、钽、钕、铪、钪、钨中的一种或几种或它们的合金制成；
步骤十、在p电极13和n电极14上沉积一层绝缘材料层（图1中未画出），光刻腐蚀并做电极二次分布，形成芯片P接触电极21与N接触电极22，其中芯片P接触电极21与N接触电极22之间有绝缘材料层23；
步骤十一、采用激光剥离的方法去除蓝宝石衬底，以及采用ICP刻蚀的方法去除u-GaN层2，并粗化n-AlGaN层的表面15，得到普通倒装结构紫外LED芯片，其俯视结构如图3所示。
实施例二：
如图2所示，本发明所述紫外LED芯片制备方法，包括以下步骤：
步骤一、采用SiC衬底作为生长衬底1，在SiC衬底上依次外延生长u-GaN层2、n-AlGaN层3、多量子阱层4以及p-AlGaN层16；
步骤二、通过光刻和干法刻蚀去除部分区域的p-AlGaN层、多量子阱层和部分n-AlGaN层，露出n-AlGaN层表面6；
步骤三、通过剥离的方法在n-AlGaN层表面上制作n型欧姆接触金属7，并在550℃～1000℃的N2氛围中快速退火20S～60S，该n型欧姆接触金属为钛、铝、镍、金、矾、镐中的一种或几种组合或它们的合金；
步骤四、采用腐蚀溶液，将n型欧姆接触金属腐蚀干净，腐蚀时间由金属种类以及其厚度所决定，具体地，所述腐蚀溶液为盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、磷酸、冰醋酸、王水中的一种或几种组成的混合液；
步骤五、采用电子束蒸发或磁控溅射的方法在p-AlGaN层的表面沉积一层p型欧姆接触金属，光刻腐蚀出p型欧姆接触层8，并置于300℃～600℃温度中退火60s～300s；该p型欧姆接触层8也是反射镜层，具体地，p型欧姆接触金属为银、铝、金、铂、钯、镁、钨中的一种或几种组合或它们的合金；
步骤六、在p型欧姆接触层8的表面制备一层能够将p面欧姆接触层包覆在其内部的金属阻挡层9，用于保护p型欧姆接触层8在后续的工艺中不被破坏，具体地，所述金属阻挡层9采用镍、金、钛、铂、钯、钨中的一种或几种或它们的合金制成；
步骤七、采用PECVD、LPCVD、溅射、涂布等方法中的一种或几种组合在金属阻挡层9、n-AlGaN层表面6以及两者间的侧壁上制备一层绝缘层10，在绝缘层上光刻出n-AlGaN层的欧姆接触部分，并腐蚀去除该部分处的绝缘层，露出n-AlGaN层的欧姆接触部分，然后在露出的n-AlGaN层上生长n型欧姆接触层11，并于25℃～300℃温度中，退火20S～180S，具体地，绝缘层10采用氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、涂布玻璃、聚酰亚胺中的一种或几种制成；腐蚀绝缘层的方法可以是法化学腐蚀、干法ICP刻蚀和RIE刻蚀的任意一种或多种组合；n型欧姆接触层11采用钛、铝、镍、金、矾、锆中的一种或几种或它们的合金制成；
步骤八、在绝缘层10上生长一层金属材料17，将二次衬底18粘合到金属材料层上，具体地，金属材料层17采用金、锡、铟、钛、铅、镍、铂、钛中的一种或几种或它们的合金制成；二次衬底18的材料为硅、铜、碳化硅或陶瓷等热导性好的材料；
步骤九、采用研磨、抛光、ICP刻蚀、湿法腐蚀中的一种或多种组合去除SiC衬底，获得GaN基倒装薄膜结构；
步骤十、在获得GaN基倒装薄膜结构上采用光刻、湿法腐蚀或干法刻蚀制备出划片槽19和p焊盘区域（图2中未画出）；
步骤十一、在p焊盘区域采用光刻剥离的方法制备p焊盘20（图2中未画出）；
步骤十二、采用ICP刻蚀的方法去除u-GaN层，并粗化n-AlGaN层的表面15；
步骤十三、采用划片裂片或锯片的方法将芯片结构分割开来，完成倒装薄膜结构紫外LED芯片的制备，其俯视结构如图4所示。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种紫外LED芯片制作方法，其特征在于包括以下步骤：
1）在生长衬底上依次外延生长u-GaN层、n-AlGaN层、多量子阱层以及p-GaN层或p-AlGaN层；
2）通过光刻和干法刻蚀去除部分区域的p-GaN层或p-AlGaN层，以及多量子阱层和部分n-AlGaN层，露出n-AlGaN层表面；
3）通过剥离的方法在n-AlGaN层表面上制作n型欧姆接触金属，并高温退火；
4）腐蚀去除n-AlGaN层上的n型欧姆接触金属；
5）在p-GaN层或p-AlGaN层的表面上制作一层p型欧姆接触层，并退火，该p型欧姆接触层也为反射镜层；
6）在p型欧姆接触层的表面制作一层能够包覆该p型欧姆接触层的金属阻挡层；
7）在金属阻挡层和n-AlGaN层表面上生长一层绝缘层，在绝缘层上光刻出n-AlGaN层的欧姆接触部分，并通过腐蚀去除该欧姆接触部分上的绝缘层后，再在该欧姆接触部分上生长n型欧姆接触层，并退火；
8）通过后续加工工艺制得倒装薄膜结构紫外LED芯片或普通倒装结构紫外LED芯片。
2.根据权利要求1所述紫外LED芯片制作方法，其特征在于：上述步骤3）所述n型欧姆接触金属为钛、铝、镍、金、矾、锆中的一种或几种组合或它们的合金。
3.根据权利要求1所述紫外LED芯片制作方法，其特征在于：上述步骤3）所述高温退火的温度为550℃～1000℃，退火时间为20S～60S，退火氛围为N2。
4.根据权利要求1所述紫外LED芯片制作方法，其特征在于：上述步骤4）所述腐蚀采用的溶液为盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、磷酸、冰醋酸、王水中的一种或几种组成的混合液。
5.根据权利要求1所述紫外LED芯片制作方法，其特征在于：上述步骤5）所述p型欧姆接触层采用镍、银、铝、金、铂、钯、镁、钨中的一种或几种或它们的合金制成。
6.根据权利要求1所述紫外LED芯片制作方法，其特征在于：上述步骤5）所述p型欧姆接触层的制备方法为：先采用丙酮、乙醇、盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、磷酸、冰醋酸、王水中的一种或几种组成的混合液对p-GaN层或p-AlGaN层的表面进行处理，然后采用电子束蒸发或磁控溅射的方法在p-GaN层或p-AlGaN层的表面沉积一层p型欧姆接触金属，光刻腐蚀出p型欧姆接触层，并在300℃～600℃下退火60s～300s。
7.根据权利要求1所述紫外LED芯片制作方法，其特征在于：上述步骤6）所述金属阻挡层采用镍、金、钛、铂、钯、钨中的一种或几种或它们的合金制成。
8.根据权利要求1所述紫外LED芯片制作方法，其特征在于：上述步骤7）所述n型欧姆接触层采用钛、铝、镍、金、矾、锆中的一种或几种或它们的合金制成。
9.根据权利要求1所述紫外LED芯片制作方法，其特征在于：上述步骤7）所述退火的温度为25℃～300℃，退火时间为20S～180S，退火氛围N2。
10.根据权利要求1所述紫外LED芯片制作方法，其特征在于：上述步骤8）所述制备紫外LED芯片的具体方法为：
在上述步骤7）之后，先光刻出p型电极区域，并腐蚀去除该区域的绝缘层，然后加厚制得p电极和n电极，再沉积一层绝缘材料层，并做二次电极分布，最后去除生长衬底和u-GaN层，并粗化n-AlGaN层，制得普通倒装结构紫外LED芯片；
或者，在上述步骤7）之后，先在绝缘层上生长一层金属材料层，将二次衬底粘合到该金属材料层上，接着去除生长衬底获得GaN基倒装薄膜结构，并在GaN基倒装薄膜结构上制作出划片槽和p焊盘区域，然后制作p焊盘，最后去除u-GaN层，并粗化n-AlGaN层，制得倒装薄膜结构紫外LED芯片。
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