CN110047977B - 紫外led器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种紫外LED器件及其制备方法，通过在原始衬底上制备形成多层半导体层、P型金属层以及金属阻挡层，进而通过金属连接层与键合衬底键合连接。在制备过程中，键合衬底可以作为后续制作流程的支撑结构，方便进行原始衬底的去除，使制造流程中器件出现裂片和蜷曲的概率大大降低，能够得到完整、平整的器件。在将键合衬底去除后，可以得到厚度较薄的紫外LED器件，如此厚度较薄的器件具有更大的出光角度、更高的出光效率以及更高的发光光强。同时，键合衬底可以回收再利用，提升物料利用率，降低生产成本。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种紫外LED器件及其制备方法。
背景技术
紫外半导体光源可以应用在生物医疗、防伪鉴定、水质净化、空气净化灯领域，还可以应用在计算机数据存储和军事等方面。随着紫外光技术的进步，紫外LED器件(LightEmitting Diode，发光二极管)有着广阔的市场应用前景。紫外光源可以开发出通用照明、光镊、植物生长、石油管道泄漏检测、考古、物品真假鉴别等方面用途。但现阶段紫外LED器件存在发光角度窄、发光强度不高的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种紫外LED器件及其制备方法，可以制得发光角度宽、发光强度高的紫外LED器件。
本申请提供的技术方案如下：
一种紫外LED器件的制备方法，包括：
提供原始衬底；
基于所述原始衬底依次制作U型半导体层、N型氮化物半导体层、多量子阱层以及P型氮化物半导体层；
在所述P型氮化物半导体层背离所述多量子阱层一侧制作P型金属层，所述P型金属层与所述P型氮化物半导体层形成欧姆接触，所述P型金属层形成反射镜层；
基于所述P型金属层制作金属阻挡层将所述P型金属层的表面和侧面覆盖；
基于所述金属阻挡层制作金属连接层；
基于所述金属连接层键合连接键合衬底；
去除所述原始衬底；
基于所述U型半导体层制作形成暴露所述N型氮化物半导体层的凹槽；
在所述凹槽中制作与所述N型氮化物半导体层连接的N型电极；
对所述U型半导体层的表面进行粗化，并去除所述键合衬底。
进一步地，基于所述U型半导体层制作形成暴露所述N型氮化物半导体层的凹槽的步骤包括：
刻蚀去除所述U型半导体层的一部分，暴露所述N型氮化物半导体层的表面，形成贯穿所述U型半导体层的凹槽，使得所述N型电极与所述N型氮化物半导体层的表面接触。
进一步地，所述凹槽的深度等于所述U型半导体层的厚度。
进一步地，基于所述U型半导体层制作形成暴露所述N型氮化物半导体层的凹槽的步骤包括：
刻蚀去除所述U型半导体层的一部分，暴露所述N型氮化物半导体层的表面；
对暴露所述N型氮化物半导体层的表面进行进一步刻蚀，形成贯穿所述U型半导体层并延伸至所述N型氮化物半导体层内部的凹槽，使得所述N型电极贯穿所述U型半导体层并延伸至所述N型氮化物半导体层内部与该N型氮化物半导体层接触。
进一步地，所述凹槽的深度大于所述U型半导体层的厚度，且小于所述U型半导体层和N型氮化物半导体层的厚度之和。
进一步地，所述凹槽位于所述N型氮化物半导体层内深度小于或等于所述N型氮化物半导体层厚度的4/5。
进一步地，所述P型金属层作为反射镜层时，用于将从所述量子阱发出的光反射回去。
进一步地，在制作形成所述金属阻挡层后，所述金属连接层、金属阻挡层以及P型金属层将所述P型氮化物半导体层的表面全部覆盖。
进一步地，所述基于所述金属连接层键合连接键合衬底的步骤包括：
在所述金属连接层的表面和所述键合衬底的表面分别涂覆粘合剂；
在键合条件下，将所述连接层和所述键合衬底涂覆粘合剂的表面键合连接。
本申请还提供了一种紫外LED器件，该紫外LED器件采用上述制备方法制备得到。
本申请实施例提供了一种紫外发光器件及其制备方法，通过在原始衬底上制备形成多层半导体层、P型金属层以及金属阻挡层，进而通过金属连接层与键合衬底键合连接。在制备过程中，键合衬底可以作为后续制作流程的支撑结构，方便进行原始衬底的去除，使制造流程中器件出现裂片和蜷曲的概率大大降低，能够得到完整、平整的器件。在将键合衬底去除后，可以得到厚度较薄的紫外LED器件，如此厚度较薄的器件具有更大的出光角度、更高的出光效率以及更高的发光光强。同时，键合衬底可以回收再利用，提升物料利用率，降低生产成本。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种紫外LED器件芯片的制备方法的流程示意图。
图2为本申请实施例提供的一种紫外LED器件芯片的制备方法中步骤A和步骤B对应的器件剖面示意图。
图3为本申请实施例提供的一种紫外LED器件芯片的制备方法中步骤C对应的器件的部分层级结构示意图。
图4为本申请实施例提供的一种紫外LED器件芯片的制备方法中步骤D对应的器件的部分层级结构示意图。
图5为本申请实施例提供的一种紫外LED器件芯片的制备方法中步骤E对应的器件的部分层级结构示意图。
图6为本申请实施例提供的一种紫外LED器件芯片的制备方法中步骤F对应的器件的部分层级结构示意图。
图7为本申请实施例提供的一种紫外LED器件芯片的制备方法中步骤F去除原始衬底后的器件的部分层级结构示意图。
图8和图9为本申请实施例提供的一种紫外LED器件芯片的制备方法中步骤G对应的器件的部分层级结构示意图。
图10为本申请实施例提供的一种紫外LED器件芯片的制备方法中步骤H对应的器件的部分层级结构示意图。
图11为本申请实施例提供的一种紫外LED器件芯片的制备方法中步骤I对应的器件的部分层级结构示意图。
图12为本申请实施例提供的一种紫外LED器件芯片的制备方法中步骤I中去除键合衬底及粗化流程后的器件的部分层级结构示意图。
图标：101-原始衬底；102-U型半导体层；103-N型氮化物半导体层；104-多量子阱层；105-P型氮化物半导体层；106-P型金属层；107-金属阻挡层；108-金属连接层；109-键合衬底；110-凹槽；111-N型电极。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
本申请实施例提供了一种紫外LED器件的制备方法，如图1所示，包括以下步骤。
步骤A，如图2所示，提供原始衬底101，并基于所述原始衬底101依次制作U型半导体层102、N型氮化物半导体层103、多量子阱层104以及P型氮化物半导体层105。
详细的，原始衬底101可以采用蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底、氮化铝衬底或其他材质的衬底。U型半导体层102可以采用GaN、AlGaN或其他氮化物材料。N型氮化物半导体层103和P型氮化物半导体层105可以采用AlGaN材料。
步骤B，再如图2所示，在所述P型氮化物半导体层105背离所述多量子阱层104一侧制作P型金属层106。
P型金属层106位于P型氮化物半导体层105背离多量子阱层104的表面。P型金属层106可以为镍、银、铝、金、铂、钯、镁或钨中的一种或几种的组合，所述P型金属层106与所述P型氮化物半导体层105可以形成欧姆接触，并且通过退火，该P型金属层106可以形成反射镜层，退火温度可以为400-650℃，形成反射镜层可以将多量子阱层104发出的光线反射回去。
步骤C，如图3所示，基于所述P型金属层106制作金属阻挡层107将所述P型金属层106的表面和侧面覆盖。
金属阻挡层107对P型金属层106的侧面覆盖的宽度可以为5-10um。
金属阻挡层107可以采用镍、金、钛、铂、钯或钨中的一种或几种的组合，金属阻挡层107将P型金属层106包覆在其内部。
步骤D，如图4所示，基于所述金属阻挡层107制作金属连接层108。
在本申请实施例中，在制作形成金属连接层108后，金属连接层108、金属阻挡层107以及P型金属层106可以将P型氮化物半导体层105的表面全部覆盖。
步骤E，如图5所示，基于所述金属连接层108键合连接键合衬底109。
金属连接层108可以采用钛、镍、铝、金、锡其中的一种或者几种金属的合金，金属连接层108的厚度可以为2-4um。键合衬底109可以采用玻璃衬底、石英衬底、蓝宝石衬底或硅衬底。在进行键合衬底109的键合连接时，可以先分别在金属连接层108的表面和键合衬底109的一侧表面涂覆粘合剂，再在键合条件下将键合衬底109粘合在金属连接层108的表面上。粘合剂的涂覆可以采取旋涂、喷涂等方法。粘合剂可以采用在高温、紫外或特定化学溶剂作用下能够解聚成低分子化合物和/或线性低聚体的高聚物。键合条件中的键合温度可以为100℃-200℃，键合连接固化时间可以为5-15min，键合力度可以为3-10KN。
步骤F，如图6所示，去除所述原始衬底101。
在完成键合衬底109的键合连接后，可以采用研磨、抛光、ICP(InductivelyCoupled Plasma，感应耦合等离子体)刻蚀、湿法腐蚀和激光剥离工艺中的一种或多种工艺将原始衬底101去除，得到如图7所示的结构。
步骤G，如图8、图9和图10所示，基于所述U型半导体层102制作形成暴露所述N型氮化物半导体层103的凹槽110。凹槽110的深度可以根据实际需要确定，在一种实施方式中，在制作凹槽110时，如图8所示，可以先刻蚀去除所述U型半导体层102的一部分，暴露所述N型氮化物半导体层103的表面，再对暴露所述N型氮化物半导体层103的表面进行进一步刻蚀，形成贯穿所述U型半导体层102并延伸至所述N型氮化物半导体层103内部的凹槽110。基于图8所示的结构制作N型电极111时，可以使所述N型电极111贯穿所述U型半导体层102并延伸至所述N型氮化物半导体层103内部与N型氮化物半导体层103接触，刻蚀N型氮化物半导体层103的最深深度为N型氮化物半导体层103厚度的4/5。
如图9所示，在另一种实施方式中，在制作凹槽110时，可以仅刻蚀去除所述U型半导体层102的一部分，暴露所述N型氮化物半导体层103的表面，形成贯穿所述U型半导体层102的凹槽110。基于图9所示的结构制作N型电极111可以使所述N型电极111与所述N型氮化物半导体层103的表面接触。
如上所述，在基于U型半导体层制作凹槽110时，可以通过光刻和干法刻蚀形成不同深度的凹槽110。如图8所示，凹槽110的深度大于U型半导体层102的厚度，且小于U型半导体层102和N型氮化物半导体层103的厚度之和。如图9所示，凹槽110的深度等于U型半导体层102的厚度。本申请实施例对凹槽110的深度并不做出限制。
步骤H，如图10所示，在所述凹槽110中制作与所述N型氮化物半导体层103连接的N型电极111。
N型电极111的高度高出凹槽110高度可以为200-600nm。图10为基于图8所示的凹槽结构制作形成N型电极111的示意图，制作N型电极111的材料可以采用钛、铝、镍、金、镉、锆其中内的一种或者几种金属的合金，电极材料将凹槽110填充形成N型电极111。
步骤I，如图11所示，对所述U型半导体层102的表面进行粗化，并去除所述键合衬底109。
在完成N型电极111的制作后，并可以对U型半导体层102的表面进行粗化，可以采用化学溶剂解离法、加热解离法或激光照射解离法将键合衬底109去除，得到如图12所示的结构。进一步的，可以将已经制备完成的结构分割成独立的芯片，得到超薄紫外LED器件芯片。
本申请实施例还提供了一种紫外LED器件，该紫外LED器件采用上述制备方法制备得到。
综上所述，本申请实施例提供了一种紫外LED器件及其制备方法，通过在原始衬底101上制备形成多层半导体层、P型金属层106以及金属阻挡层107，进而通过金属连接层108与键合衬底109键合连接。在制备过程中，键合衬底109可以作为后续制作流程的支撑结构，方便进行原始衬底101的去除，使制造流程中器件出现裂片和蜷曲的概率大大降低，能够得到完整、平整的器件。在将键合衬底109去除后，可以得到厚度较薄的紫外LED器件，如此厚度较薄的器件具有更大的出光角度、更高的出光效率以及更高的发光光强。同时，键合衬底109可以回收再利用，提升物料利用率，降低生产成本。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种紫外LED器件的制备方法，其特征在于，包括：
提供原始衬底；
基于所述原始衬底依次制作U型半导体层、N型氮化物半导体层、多量子阱层以及P型氮化物半导体层；
在所述P型氮化物半导体层背离所述多量子阱层一侧制作P型金属层，所述P型金属层与所述P型氮化物半导体层形成欧姆接触，所述P型金属层形成反射镜层；
基于所述P型金属层制作金属阻挡层将所述P型金属层的表面和侧面覆盖；
基于所述金属阻挡层制作金属连接层，其中，在制作形成所述金属阻挡层后，所述金属连接层、金属阻挡层以及P型金属层将所述P型氮化物半导体层的表面全部覆盖；
基于所述金属连接层键合连接键合衬底；
去除所述原始衬底；
基于所述U型半导体层制作形成暴露所述N型氮化物半导体层的凹槽；
在所述凹槽中制作与所述N型氮化物半导体层连接的N型电极；
对所述U型半导体层的表面进行粗化，并去除所述键合衬底。
2.根据权利要求1所述的紫外LED器件的制备方法，其特征在于，基于所述U型半导体层制作形成暴露所述N型氮化物半导体层的凹槽的步骤包括：
刻蚀去除所述U型半导体层的一部分，暴露所述N型氮化物半导体层的表面，形成贯穿所述U型半导体层的凹槽，使得所述N型电极与所述N型氮化物半导体层的表面接触。
3.根据权利要求1或2所述的紫外LED器件的制备方法，其特征在于，所述凹槽的深度等于所述U型半导体层的厚度。
4.根据权利要求1所述的紫外LED器件的制备方法，其特征在于，基于所述U型半导体层制作形成暴露所述N型氮化物半导体层的凹槽的步骤包括：
刻蚀去除所述U型半导体层的一部分，暴露所述N型氮化物半导体层的表面；
对暴露所述N型氮化物半导体层的表面进行进一步刻蚀，形成贯穿所述U型半导体层并延伸至所述N型氮化物半导体层内部的凹槽，使得所述N型电极贯穿所述U型半导体层并延伸至所述N型氮化物半导体层内部与该N型氮化物半导体层接触。
5.根据权利要求1或4所述的紫外LED器件的制备方法，其特征在于，所述凹槽的深度大于所述U型半导体层的厚度，且小于所述U型半导体层和N型氮化物半导体层的厚度之和。
6.根据权利要求1所述的紫外LED器件的制备方法，其特征在于，所述凹槽位于所述N型氮化物半导体层内深度小于或等于所述N型氮化物半导体层厚度的4/5。
7.根据权利要求1所述的紫外LED器件的制备方法，其特征在于，所述P型金属层作为反射镜层时，用于将从所述量子阱发出的光反射回去。
8.根据权利要求1所述的紫外LED器件的制备方法，其特征在于，所述基于所述金属连接层键合连接键合衬底的步骤包括：
在所述金属连接层的表面和所述键合衬底的表面分别涂覆粘合剂；
在键合条件下，将所述连接层和所述键合衬底涂覆粘合剂的表面键合连接。
9.一种紫外LED器件，其特征在于，该紫外LED器件采用权利要求1至8任意一项所述的制备方法制备得到。
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