一种硅衬底氮化物紫外LED芯片结构及其实现方法技术

本发明专利技术提供了一种硅衬底氮化物紫外LED芯片结构及其制备方法，在该LED芯片制备方法中包括：制备外延结构，所述外延结构中包括生长衬底和应力控制层；对所述外延结构进行表面处理；在所述外延结构上沉积反射层，并对所述反射层做图形化处理；在图形化后的反射层上沉积键合层；利用键合技术将沉积了键合层的外延结构与支撑基板键合；去除所述生长衬底和部分所述应力控制层；对所述应力控制层进行粗化形成粗化层；在所述粗化层表面制作用于导电的格栅和负极焊盘，完成所述硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的制备。其在热导率高的硅衬底上生长紫外LED外延结构，并制备硅衬底紫外LED垂直结构芯片，具有散热好，芯片良率高，成本低的优势。

Silicon substrate nitride ultraviolet LED chip structure and realizing method thereof

The invention provides a silicon nitride ultraviolet LED chip structure and preparation method thereof, including the LED chip preparation method: preparation of epitaxial structures, the epitaxial structure comprises a growth substrate and the stress control layer of the epitaxial structure; surface treatment; reflection layer on the epitaxial deposition the structure, and graphical processing on the reflective layer; depositing in key reflective layer after layer on the patterned using bonding techniques; deposited epitaxial structure supporting substrate and a bonding layer; removing the growth substrate and part of the stress on the stress control layer; the force control layer of the rough form armoring layer; in the coarse layer surface for making conductive grid and negative pad, complete the silicon substrate nitride ultraviolet LED chip structure preparation. The ultraviolet LED epitaxial structure is grown on the silicon substrate with high thermal conductivity, and the silicon substrate ultraviolet LED vertical structure chip is prepared, which has the advantages of good heat dissipation, high chip yield and low cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光电子领域，尤其是一种LED芯片结构及其实现方法。
技术介绍
相比于传统紫外汞灯，氮化物紫外LED(LightEmittingDiode，发光二极管)具有节能环保、寿命长、紧凑性好等多方面优势，在杀菌消毒、水体净化、紫外光固化、植物光照以及珠宝鉴定等方面具有广阔的应用前景。现有的紫外LED一般都是基于蓝宝石衬底的紫外LED产品。由于蓝宝石衬底本身的绝缘性质，以及导热性不好，现有LED产品具有以下不足：(1)基于蓝宝石衬底的水平结构的紫外LED芯片散热不好，且外延层中的GaN(氮化镓)容易吸收有源区的紫外光，只适用于小尺寸的小功率芯片，不适合大功率条件下使用，例如光固化；(2)基于蓝宝石衬底的垂直结构紫外LED芯片制备过程中需要采用激光剥离工艺去除蓝宝石衬底，工艺良率低，成本高，且同样具有散热不好的缺点。为了克服蓝宝石衬底紫外LED的不足，也有人提出用高导热性的AlN(氮化铝)衬底来制备紫外LED，但AlN衬底价格过于昂贵，目前难以实现商业化。
技术实现思路
为了克服以上缺点，本专利技术提高了一种硅衬底氮化物紫外LED芯片结构及其制备方法，其在热导率高的硅衬底上生长紫外LED外延结构，并制备硅衬底紫外LED垂直结构芯片，具有散热好，芯片良率高，成本低的优势。本专利技术提供的技术方案如下：一种硅衬底氮化物紫外LED芯片结构，从下往上依次为：支撑基板、键合层、反射层、外延结构、粗化层、n电极。所述外延结构包括：n型电流扩展层、有源区准备层、有源区发光层、电子阻挡层、p型电流扩展层以及p型欧姆接触层。其直接在热导率高的硅衬底上生长紫外LED外延结构，并在此外延结构的基础上制备硅衬底紫外LED垂直结构芯片。所述有源区发光层为InxAlyGa1-x-yN/InaAlbGa1-a-bN(铟镓铝氮)多量子阱结构，其中，0≦x≦1，0≦y≦1，0≦a≦1，0≦b≦1；所述电子阻挡层为单层AlxGa1-xN层，或者多层AlxGa1-xN/AlyGa1-yN层，其中，0≦x≦1，0≦y≦1；所述p型电流扩展层为Mg掺杂的AlxGa1-xN层，其中，0≦x≦1；所述p型欧姆接触层为Mg掺杂的InxAlyGa1-x-yN层，其中，0≦x≦1，0≦y≦1；所述n型电流扩展层为硅掺杂的n型AlyGa1-yN层，其中，0≦y≦1。所述粗化层为表面具有尖峰的AlxGa1-xN层，其中，0≦x≦1；且所述粗化层的厚度为500～1500nm。所述支撑基板为硅基板或铜基板或钼铜基板；优选的为厚度400-500um的硅基板或厚度为100-150um的钼铜基板。所述键合层为Au-Sn(金-锡)或Ni-Sn(镍-锡)或Au-Au或Ni-Ge(镍-锗)或ACF(AnisotropicConductiveFilm，异方性导电胶膜)导电导热薄膜；优选的2-3um的Au-Sn或Ni-Sn键合层。所述反射层的材料为Ni、Al、ITO(IndiumTinOxide，氧化铟锡)及Ag(银)中的一种或多种，且所述反射层的厚度范围为20～250nm(纳米)；优选的为Ni/Ag、Ni/Al，在常温条件下蒸镀，厚度为150nm。所述n电极为Cr(铬)、Al、Au、Pt(铂)以及Ti中的一种或多种金属，且所述n电极的厚度范围为1000～4000nm。优选的组合为Cr/Al/Cr/Pt/Au、Ti/Al/Ti/Pt/Au，厚度为3000nm。本专利技术提供了一种硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的实现方法，其特征在于，所述实现方法应用于上述硅衬底氮化物紫外LED芯片结构，所述实现方法包括以下步骤：S1制备外延结构，所述外延结构中包括生长衬底和应力控制层；S2对所述外延结构进行表面处理；S3在所述外延结构上沉积反射层，并对所述反射层做图形化处理；S4在图形化后的反射层上沉积键合层；S5利用键合技术将沉积了键合层的外延结构与支撑基板键合；S6去除所述生长衬底和部分所述应力控制层；S7对所述应力控制层进行粗化形成粗化层；S8在所述粗化层表面制作用于导电的格栅和负极焊盘，完成所述硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的制备。所述的硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的实现方法，其特征在于，在步骤S1中具体包括：依次在生长衬底上生长应力控制层、n型电流扩展层、有源区准备层、有源区发光层、电子阻挡层、p型电流扩展层以及p型欧姆接触层形成外延结构。所述的硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的实现方法，其特征在于，所述应力控制层由多层AlxGa1-xN层构成，其中，每层所述AlxGa1-xN层中x的取值范围为0≦x≦1，且各层之间的Al组分采用突变、线性连续渐变或非线性连续渐变的方式进行过渡；或，所述应力控制层由Alx1Ga1-x1N和Alx2Ga1-x2N组成的超晶格结构构成，其中，0≦x1≦1，0≦x2≦1。所述的硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的实现方法，其特征在于，所述n型电流扩展层中包括n型AlGaN；在步骤S6中，具体包括：S61去除所述生长衬底；S62逐步去除所述应力控制层，直到暴露出所述n型电流扩展层中的n型AlGaN。所述的硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的实现方法，其特征在于，在步骤S7中，所述应力控制层的厚度为1500～2500nm；所述粗化层的厚度(尖峰到谷底)为500～1000nm。本专利技术提供的硅衬底氮化物紫外LED芯片结构及其实现方法，具有如下优势：第一，在芯片结构上避免了用ICP直接刻蚀AlGaN层，导致LED开启电压高；第二，可以使用湿法腐蚀的方法去除硅衬底，对外延结构无损伤，容易实现垂直结构芯片，工艺良率高，适合大规模生产；第三，硅衬底紫外LED可以大幅度降低外延成本，尤其是容易实现大尺寸衬底上的紫外LED生长；第四，硅衬底有良好的导电和导热性，硅基紫外LED更容易和驱动电路以及其他模块进行集成；第五，粗化层，把有源区发光层里的光子通过漫反射更多的提取出来；第六，该结构避免了GaN等吸光材料，减少了芯片本身对紫外光线的吸收，尤其是深紫外光线的吸收。附图说明图1为本专利技术提供的一种硅基紫外LED外延结构示意图。图2为本专利技术提供的一种硅衬底紫外LED芯片结构示意图。图3(包括图3a-图3g)为本专利技术提供的硅基紫外LED的实现方法。附图标记：51-硅衬底层，52-应力控制层，53-n型电流扩展层，54-应力缓冲层，55-量子阱有源区发光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：S1制备外延结构，所述外延结构中包括生长衬底和应力控制层；S2对所述外延结构进行表面处理；S3在所述外延结构上沉积反射层，并对所述反射层做图形化处理；S4在图形化后的反射层上沉积键合层；S5利用键合技术将沉积了键合层的外延结构与支撑基板键合；S6去除所述生长衬底和部分所述应力控制层；S7对所述应力控制层进行粗化形成粗化层；S8在所述粗化层表面制作用于导电的格栅和负极焊盘，完成所述硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的制备。

【技术特征摘要】
1.一种硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的实现方法，其特征在于，所述实现
方法包括以下步骤：
S1制备外延结构，所述外延结构中包括生长衬底和应力控制层；
S2对所述外延结构进行表面处理；
S3在所述外延结构上沉积反射层，并对所述反射层做图形化处理；
S4在图形化后的反射层上沉积键合层；
S5利用键合技术将沉积了键合层的外延结构与支撑基板键合；
S6去除所述生长衬底和部分所述应力控制层；
S7对所述应力控制层进行粗化形成粗化层；
S8在所述粗化层表面制作用于导电的格栅和负极焊盘，完成所述硅衬底氮
化物紫外LED芯片结构的制备。
2.如权利要求6所述的硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的实现方法，其特征
在于，在步骤S1中具体包括：
依次在生长衬底上生长应力控制层、n型电流扩展层、有源区准备层、有源
区发光层、电子阻挡层、p型电流扩展层以及p型欧姆接触层形成外延结构。
3.如权利要求1或2所述的硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的实现方法，其
特征在于，所述应力控制层由多层AlxGa1-xN层构成，其中，每层所述AlxGa1-xN
层中x的取值范围为0≦x≦1，且各层之间的Al组分采用突变、线性连续渐变
或非线性连续渐变的方式进行过渡；或，所述应力控制层由Alx1Ga1-x1N和
Alx2Ga1-x2N组成的超晶格结构构成，其中，0≦x1≦1，0≦x2≦1。
4.如权利要求3所述的硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的实现方法，其特征
在于，所述n型电流扩展层中包括n型AlGaN；
在步骤S6中，具体包括：
S61去除所述生长衬底；
S62逐步去除所述应力控制层，直到暴露出所述n型电流扩展层中的n型
AlGaN。
5.如权利要求4所述的硅衬底氮化物紫外LED芯片结构的实现方法，其特征
在于，在步骤S7中，所述应力控制层的厚度为1000～2500nm；所述粗化层的厚
度为500～1500nm。
6.一种硅衬底氮化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘乐功，李增成，鲁德，孙钱，赵汉民，
申请(专利权)人：晶能光电常州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32