CN110137336A - 紫外光led芯片制造方法以及紫外光led芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种紫外光LED芯片制造方法以及紫外光LED芯片，包括：步骤一、提供一衬底，在衬底上依次外延生长N‑AlGaN结构、量子阱和P‑AlGaN结构，形成一紫外光LED芯片；步骤二、外延生长完成后，在紫外光LED芯片上进行光刻和刻蚀，以将部分N‑AlGaN结构暴露出来；步骤三、制备单层或多层石墨烯薄膜，将石墨烯薄膜转移到紫外光LED芯片表面；对紫外光LED芯片进行光刻和刻蚀，以在紫外光LED芯片表面的特定区域保留石墨烯薄膜，去除其他区域的石墨烯薄膜；步骤四、采用光刻的方法制作电极图形，利用电子束蒸发设备将紫外光LED芯片的表面的开孔区域蒸镀上P电极和N电极；步骤五、将紫外光LED芯片的背面的衬底进行研磨，将石墨烯薄膜转移到紫外光LED芯片的背面的衬底上。

Description

紫外光LED芯片制造方法以及紫外光LED芯片
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种紫外光LED芯片制造方法以及紫外光LED芯片。
背景技术
近年来，紫外发光二极管(LED)因其在激发白光、生化探测、杀菌消毒、净化环境、聚合物固化以及短距离安全通讯等诸多应用领域有着巨大的潜在应用价值而备受关注。紫外光LED芯片还将面临的一个问题是，紫外芯片的正向电压相对蓝绿光芯片的正向电压偏高，且由于发热较蓝绿光严重，导致芯片的可靠性不理想。同时，紫外光LED芯片几乎全部使用氧化铟锡做透明导电层，但氧化铟锡材料的导电导热性能较差，使得紫外光LED芯片的可靠性不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种紫外光LED芯片制造方法以及紫外光LED芯片，以解决现有的紫外光LED芯片可靠性低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种紫外光LED芯片制造方法，所述紫外光LED芯片制造方法包括：
步骤一、提供一衬底，在所述衬底上依次外延生长N-AlGaN结构、量子阱和P-AlGaN结构，形成一紫外光LED芯片；
步骤二、外延生长完成后，在所述紫外光LED芯片上进行光刻和刻蚀，以将部分所述N-AlGaN结构暴露出来；
步骤三、制备单层或多层石墨烯薄膜，将所述石墨烯薄膜转移到所述紫外光LED芯片表面；对所述紫外光LED芯片进行光刻和刻蚀，以在所述紫外光LED芯片表面的特定区域保留所述石墨烯薄膜，去除其他区域的所述石墨烯薄膜；
步骤四、采用光刻的方法制作电极图形，利用电子束蒸发设备将所述紫外光LED芯片的表面的开孔区域蒸镀上P电极和N电极；
步骤五、将所述紫外光LED芯片的背面的衬底进行研磨，将所述石墨烯薄膜转移到所述紫外光LED芯片的背面的衬底上。
可选的，在所述的紫外光LED芯片制造方法中，所述的紫外光LED芯片制造方法包括：
利用金属有机化合物化学气相沉淀设备在所述衬底上依次外延生长N-AlGaN结构、量子阱和P-AlGaN结构。
可选的，在所述的紫外光LED芯片制造方法中，所述衬底的材料适合GaN结构生长，所述衬底的材料为蓝宝石或硅。
可选的，在所述的紫外光LED芯片制造方法中，所述刻蚀使用干法刻蚀或湿法刻蚀；
所述干法刻蚀利用ICP设备或RIE设备，所述湿法刻蚀利用H3PO4、KOH或NaOH化学溶液。
可选的，在所述的紫外光LED芯片制造方法中，所述石墨烯薄膜采用氧化还原法制备，或采用化学气相沉积法制备。
可选的，在所述的紫外光LED芯片制造方法中，利用聚合物支撑法将所述石墨烯薄膜转移到所述紫外光LED芯片表面，以及所述紫外光LED芯片的背面的衬底上，所述聚合物支撑法所用的支撑材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
可选的，在所述的紫外光LED芯片制造方法中，所述P电极和所述N电极的材料为Cr、Pt、Au、Ti-Al合金或Ti-Au合金；
所述P电极和所述N电极的周围具有所述石墨烯薄膜。
可选的，在所述的紫外光LED芯片制造方法中，所述紫外光LED芯片为正装LED芯片或倒装LED芯片。
本发明还提供一种紫外光LED芯片，所述紫外光LED芯片基于上述任一项所述的紫外光LED芯片制造方法制作而成。
在本发明提供的紫外光LED芯片制造方法以及紫外光LED芯片中，利用石墨烯薄膜良好的导热导电特性，应用在紫外光LED芯片制作工艺中，在P-AlGaN结构和N-AlGaN结构的表面的特定区域覆盖石墨烯薄膜，并在紫外光LED芯片的背面衬底覆盖石墨烯薄膜，能有效解决紫外光LED芯片电压高，散热效果不佳的问题，从而使其具有高的可靠性和广泛的应用前景。
石墨烯是一种新型的强度最大、导电导热性能最强的一种纳米材料。它的载流子迁移率约为15000cm2/(V·S)，且纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，石墨烯良好的导热导电性可以应用在紫外光LED芯片上。通过与石墨烯材料的结合，紫外光LED芯片将具有更好的可靠性。
另外，P电极和N电极周围的石墨烯薄膜起到促进电流扩散的作用。相对于常规的紫外光LED芯片，电流扩散效果更好，电压也更低。而紫外光LED芯片的背面衬底覆盖石墨烯薄膜的目的是为了将紫外光LED芯片内部的热量传导出来，起到更好的散热效果，提高芯片的可靠性。
附图说明
图1是本发明一实施例紫外光LED芯片制造方法步骤一形成的紫外光LED芯片结构示意图；
图2是本发明一实施例紫外光LED芯片制造方法步骤二形成的紫外光LED芯片结构示意图；
图3是本发明一实施例紫外光LED芯片制造方法步骤三形成的紫外光LED芯片结构示意图；
图4是本发明一实施例紫外光LED芯片制造方法步骤四形成的紫外光LED芯片结构示意图；
图5是本发明一实施例紫外光LED芯片制造方法步骤五形成的紫外光LED芯片结构示意图；
图中所示：1-紫外光LED芯片；10-N-AlGaN结构；20-量子阱；30-P-AlGaN结构；40-石墨烯薄膜；50-P电极；60-N电极；70-衬底。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的紫外光LED芯片制造方法以及紫外光LED芯片作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种紫外光LED芯片制造方法以及紫外光LED芯片，以解决现有的紫外光LED芯片可靠性低的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种紫外光LED芯片制造方法以及紫外光LED芯片，所述紫外光LED芯片制造方法包括：步骤一、提供一衬底，在所述衬底上依次外延生长N-AlGaN结构10、量子阱和P-AlGaN结构，形成一紫外光LED芯片；步骤二、外延生长完成后，在所述紫外光LED芯片上进行光刻和刻蚀，以将部分所述N-AlGaN结构10暴露出来；步骤三、制备单层或多层石墨烯薄膜，将所述石墨烯薄膜转移到所述紫外光LED芯片表面；对所述紫外光LED芯片进行光刻和刻蚀，以在所述紫外光LED芯片表面的特定区域保留所述石墨烯薄膜，去除其他区域的所述石墨烯薄膜；步骤四、采用光刻的方法制作电极图形，利用电子束蒸发设备将所述紫外光LED芯片的表面的开孔区域蒸镀上P电极和N电极；步骤五、将所述紫外光LED芯片的背面的衬底进行研磨，将所述石墨烯薄膜转移到所述紫外光LED芯片的背面的衬底上。
<实施例一>
本实施例提供一种紫外光LED芯片制造方法，如图1～5所示，所述紫外光LED芯片制造方法包括：步骤一、如图1所示，提供一衬底70，在所述衬底70上依次外延生长N-AlGaN结构10、量子阱20和P-AlGaN结构30，形成一紫外光LED芯片1；步骤二、如图2所示，外延生长完成后，在所述紫外光LED芯片1上进行光刻和刻蚀，以将部分所述N-AlGaN结构10暴露出来；步骤三、如图3所示，制备单层或多层石墨烯薄膜40，将所述石墨烯薄膜40转移到所述紫外光LED芯片1表面；对所述紫外光LED芯片1进行光刻和刻蚀，以在所述紫外光LED芯片1表面的特定区域保留所述石墨烯薄膜40，去除其他区域的所述石墨烯薄膜40；步骤四、如图4所示，采用光刻的方法制作电极图形，利用电子束蒸发设备将所述紫外光LED芯片1的表面的开孔区域蒸镀上P电极50和N电极60；步骤五、如图5所示，将所述紫外光LED芯片1的背面的衬底70进行研磨，将所述石墨烯薄膜40转移到所述紫外光LED芯片1的背面的衬底70上。
具体的，在所述的紫外光LED芯片制造方法中，所述的紫外光LED芯片制造方法包括：利用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)设备在所述衬底70上依次外延生长N-AlGaN结构10、量子阱20和P-AlGaN结构30。所述衬底70的材料适合GaN结构生长，所述衬底70的材料为蓝宝石或硅。
进一步的，在所述的紫外光LED芯片制造方法中，所述刻蚀使用干法刻蚀或湿法刻蚀；所述干法刻蚀利用ICP设备或RIE设备，所述湿法刻蚀利用H3PO4、KOH或NaOH化学溶液。
另外，在所述的紫外光LED芯片制造方法中，所述石墨烯薄膜40采用氧化还原法制备，或采用化学气相沉积法(CVD)制备。利用聚合物支撑法将所述石墨烯薄膜40转移到所述紫外光LED芯片1表面，以及所述紫外光LED芯片1的背面的衬底70上，所述聚合物支撑法所用的支撑材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
具体的，在所述的紫外光LED芯片制造方法中，所述P电极50和所述N电极60的材料为Cr、Pt、Au、Ti-Al合金或Ti-Au合金；所述P电极50和所述N电极60的周围具有所述石墨烯薄膜40。
进一步的，在所述的紫外光LED芯片制造方法中，所述紫外光LED芯片为正装LED芯片或倒装LED芯片。
在本实施例提供的紫外光LED芯片制造方法中，利用石墨烯薄膜40良好的导热导电特性，应用在紫外光LED芯片制作工艺中，在P-AlGaN结构30和N-AlGaN结构10的表面的特定区域覆盖石墨烯薄膜40，并在紫外光LED芯片的背面衬底覆盖石墨烯薄膜40，能有效解决紫外光LED芯片电压高，散热效果不佳的问题，从而使其具有高的可靠性和广泛的应用前景。
石墨烯是一种新型的强度最大、导电导热性能最强的一种纳米材料。它的载流子迁移率约为15000cm2/(V·S)，且纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，石墨烯良好的导热导电性可以应用在紫外光LED芯片上。通过与石墨烯材料的结合，紫外光LED芯片将具有更好的可靠性。
另外，P电极和N电极周围的石墨烯薄膜40起到促进电流扩散的作用。相对于常规的紫外光LED芯片，电流扩散效果更好，电压也更低。而紫外光LED芯片的背面衬底覆盖石墨烯薄膜40的目的是为了将紫外光LED芯片内部的热量传导出来，起到更好的散热效果，提高芯片的可靠性。
综上，上述实施例对紫外光LED芯片制造方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
<实施例二>
本实施例提供一种紫外光LED芯片，所述紫外光LED芯片基于上一实施例所述的紫外光LED芯片制造方法制作而成。
首先，在外延片生长完成后，进行光刻及刻蚀工艺，将N-AlGaN结构暴露出来，然后，在P电极和N电极周围覆盖石墨烯薄膜，并制作P电极和N电极。最后，在将芯片衬底面减薄后，再覆盖一层石墨烯薄膜。
高可靠性紫外LED芯片，刻蚀工艺可以选择干法刻蚀(利用ICP，RIE等设备)，也可以选择湿法刻蚀(利用H3PO4或KOH，NaOH等化学溶液)。在N电极周围区域覆盖石墨烯薄膜，促进了电流的扩散。在芯片的衬底一面进行减薄后，覆盖石墨烯薄膜材料，促进了芯片内部热量的向外传导。该高可靠性紫外LED芯片，不仅适用于正装LED芯片，也适用于倒装LED芯片。
在本实施例提供的紫外光LED芯片中，利用石墨烯薄膜40良好的导热导电特性，应用在紫外光LED芯片制作工艺中，在P-AlGaN结构30和N-AlGaN结构10的表面的特定区域覆盖石墨烯薄膜40，并在紫外光LED芯片的背面衬底覆盖石墨烯薄膜40，能有效解决紫外光LED芯片电压高，散热效果不佳的问题，从而使其具有高的可靠性和广泛的应用前景。
石墨烯是一种新型的强度最大、导电导热性能最强的一种纳米材料。它的载流子迁移率约为15000cm2/(V·S)，且纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，石墨烯良好的导热导电性可以应用在紫外光LED芯片上。通过与石墨烯材料的结合，紫外光LED芯片将具有更好的可靠性。
另外，P电极和N电极周围的石墨烯薄膜40起到促进电流扩散的作用。相对于常规的紫外光LED芯片，电流扩散效果更好，电压也更低。而紫外光LED芯片的背面衬底覆盖石墨烯薄膜40的目的是为了将紫外光LED芯片内部的热量传导出来，起到更好的散热效果，提高芯片的可靠性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种紫外光LED芯片制造方法，其特征在于，所述紫外光LED芯片制造方法包括：
步骤一、提供一衬底，在所述衬底上依次外延生长N-AlGaN结构、量子阱和P-AlGaN结构，形成一紫外光LED芯片；
步骤二、外延生长完成后，在所述紫外光LED芯片上进行光刻和刻蚀，以将部分所述N-AlGaN结构暴露出来；
步骤三、制备单层或多层石墨烯薄膜，将所述石墨烯薄膜转移到所述紫外光LED芯片表面；对所述紫外光LED芯片进行光刻和刻蚀，以在所述紫外光LED芯片表面的特定区域保留所述石墨烯薄膜，去除其他区域的所述石墨烯薄膜；
步骤四、采用光刻的方法制作电极图形，利用电子束蒸发设备将所述紫外光LED芯片的表面的开孔区域蒸镀上P电极和N电极；
步骤五、将所述紫外光LED芯片的背面的衬底进行研磨，将所述石墨烯薄膜转移到所述紫外光LED芯片的背面的衬底上。
2.如权利要求1所述的紫外光LED芯片制造方法，其特征在于，所述的紫外光LED芯片制造方法包括：
利用金属有机化合物化学气相沉淀设备在所述衬底上依次外延生长N-AlGaN结构、量子阱和P-AlGaN结构。
3.如权利要求1所述的紫外光LED芯片制造方法，其特征在于，所述衬底的材料适合GaN结构生长，所述衬底的材料为蓝宝石或硅。
4.如权利要求1所述的紫外光LED芯片制造方法，其特征在于，所述刻蚀使用干法刻蚀或湿法刻蚀；
所述干法刻蚀利用ICP设备或RIE设备，所述湿法刻蚀利用H3PO4、KOH或NaOH化学溶液。
5.如权利要求1所述的紫外光LED芯片制造方法，其特征在于，所述石墨烯薄膜采用氧化还原法制备，或采用化学气相沉积法制备。
6.如权利要求1所述的紫外光LED芯片制造方法，其特征在于，利用聚合物支撑法将所述石墨烯薄膜转移到所述紫外光LED芯片表面，以及所述紫外光LED芯片的背面的衬底上，所述聚合物支撑法所用的支撑材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
7.如权利要求1所述的紫外光LED芯片制造方法，其特征在于，所述P电极和所述N电极的材料为Cr、Pt、Au、Ti-Al合金或Ti-Au合金；
所述P电极和所述N电极的周围具有所述石墨烯薄膜。
8.如权利要求1所述的紫外光LED芯片制造方法，其特征在于，所述紫外光LED芯片为正装LED芯片或倒装LED芯片。
9.一种紫外光LED芯片，其特征在于，所述紫外光LED芯片基于权利要求1～8中任一项所述的紫外光LED芯片制造方法制作而成。
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