一种紫外发光二极管芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有金属线网格透明导电电极的紫外发光二极管芯片及其制备方法，包括：衬底以及依次从衬底表面叠加生长的氮化铝缓冲层、n型氮化镓铝层、多量子阱有源层(MQW)、p型氮化镓铝层；氮化铝缓冲层、n型氮化镓铝层、多量子阱有源层(MQW)、p型氮化镓铝层构成芯片的外延层；外延层上沉积有金属线网格；金属线网格上沉积有铝反射层；在芯片上有穿过铝反射层、金属线网格、p型氮化镓铝层、多量子阱有源层直至n型氮化镓层的n型电极孔。本发明专利技术金属线网格的线宽、占空比和厚度可以调控，对紫外光透过率高于90％，且方块电阻小于25欧姆，本发明专利技术均提高了倒装和正装紫外LED芯片的出光效率。

Ultraviolet light emitting diode chip and preparation method thereof

The present invention discloses ultraviolet with a metal grid transparent conductive electrode of the light-emitting diode chip and its preparing method includes: a substrate and turn from the superposition of substrate surface growth of AlN buffer layer, N type gallium aluminium nitride layer, a multiple quantum well active layer (MQW), P type gallium nitride aluminum nitride layer; the aluminum buffer layer, N type gallium aluminium nitride layer, a multiple quantum well active layer (MQW), P type gallium nitride epitaxial layer of aluminum layer chip; deposition of epitaxial layer on the metal wire mesh wire mesh; deposition of aluminum reflective layer; a n type electrode hole through the aluminum reflecting layer, metal wire mesh, P type of AlGaN layer, multi quantum well active layer to the N type gallium nitride layer on the chip. The invention of metal wire mesh width, the duty ratio and the thickness can be controlled, the UV transmittance is higher than 90%, and the square resistance less than 25 Ohm, the invention improves the optical efficiency of the flip and dress ultraviolet LED chip.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体照明
，尤其涉及一种具有金属线网格透明导电电极紫外发光二极管芯片及其制备方法。
技术介绍
紫外LED在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大应用价值。对于紫外LED器件而言，过去十几年，国内外学术界和产业界的研究人员投入了大量精力研究提高紫外LED芯片内量子效率的方法，采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上生长紫外LED外延层，通过调整外延生长工艺提高外延材料的晶体质量，减小外延材料的位错密度，以及通过调整外延结构参数，如量子阱宽度、势垒层厚度、阱数和阱层组分等结构参数对AlGaN/GaN多量子阱结构光电性能的研究已经被深入的研究，紫外LED芯片的内量子效率得到了显著的提高。由于现有广泛应用于蓝光LED芯片的ITO透明导电电极对紫外光尤其深紫外光的透光率很低(<10％)，因此，至今仍然没有合适的透明导电材料应用于紫外LED芯片，导致紫外LED芯片的发光效率很低。为此，本专利技术专利提出利用纳米压印技术制造一种金属线网格透明导电电极，并将其应用于紫外LED芯片，可以有效提高紫外LED芯片的出光效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种紫外发光二极管芯片及其制备方法，旨在解决紫外LED芯片的出光效率低的问题。本专利技术是这样实现的，一种紫外发光二极管芯片的制备方法，所述紫外发光二极管芯片的制备方法包括以下步骤：步骤一、准备蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底表面上依次叠加生长氮化铝缓冲层、n型氮化镓铝层、多量子阱有源层、p型氮化镓铝层；所述氮化铝缓冲层、n型氮化镓铝层、多量子阱有源层、p型氮化镓铝层为芯片的外延层；步骤二、清洗紫外LED外延片；步骤三、采用柔性纳米压印技术在紫外LED晶圆片上制作金属线网格透明导电电极；步骤四、在金属线网格透明导电电极上面蒸镀铝反射层；步骤五、通过刻蚀技术对p型氮化镓铝层、MQW和n型氮化镓铝层外延层进行蚀刻，直至暴露出n型氮化镓铝层，在紫外LED外延层内形成周期性的盲孔结构；步骤六、通过等离子体增强化学气相沉积方法在盲孔中淀积SiO2绝缘层；然后再通过光刻和BOE湿法腐蚀去除盲孔底部的SiO2绝缘层，只保留盲孔侧壁的SiO2绝缘层；步骤七、通过光刻和BOE湿法腐蚀去除部分第一绝缘层，形成与所述p型氮化镓铝层表面相连的p型接触孔和与所述n型氮化镓铝层表面相连的n型接触孔；步骤八、采用化学气相沉积方法在所述绝缘层表面上沉积p型电极和n型电极，p型电极填充p型接触孔并与铝反射层电联接，n型电极填充n型电极孔、n型接触孔并与n型氮化镓铝层电联接；步骤九、在所述p型电极、n型电极和部分第一绝缘层上沉积第二绝缘层，第二绝缘层填充p型电极和n型电极之间的空隙使得二者充分隔离；步骤十、在所述第二绝缘层上形成与所述p型电极相连的p型接触孔和与所述n型电极相连的n型接触孔；步骤十一、在所述第二绝缘层上形成对称且互相隔离的p型焊盘和n型焊盘，p型焊盘填充p型接触孔并与p型电极电联接，n型焊盘填充n型电极孔、n型接触孔并与n型电极电联接。进一步，通过调整纳米压印模板的占空比和厚度对所述金属线网格占空比和厚度进行调控，通过控制影子蒸镀工艺中铬Cr金属的厚度对所述金属线网格的线宽进行调控，具体步骤如下：在硅衬底上旋涂一层光刻胶，然后采用具有周期为700nm、占空比为50％的光栅结构的硬质硅压印模板对其进行压印；脱模，在光刻胶上形成周期性的沟槽；采用影子蒸镀技术在被压印的光刻胶的侧边淀积铬Cr金属；残留层刻蚀及铬Cr掩膜沉积；光刻胶剥离；反应离子刻蚀(RIE)硅衬底；湿法腐蚀去除铬Cr。进一步，所述采用柔性纳米压印技术制作金属线网格透明导电电极，其中软质柔性压印模板使用PET/PUA柔性压印模板，具体加工步骤如下：准备PET/PUA衬底；硬质硅压印模板压印PUA，在PUA上形成周期性光栅结构；紫外光照射使PUA固化；脱模，硬质硅压印模板上的光栅结构图形转移到PET/PUA柔性压印模板。本专利技术的另一目的在于提供一种紫外发光二极管芯片的制备方法制备的紫外发光二极管芯片，所述紫外发光二极管芯片包括衬底以及依次从衬底表面叠加生长的氮化铝缓冲层、n型氮化镓铝层、多量子阱有源层、p型氮化镓铝层；所述氮化铝缓冲层、n型氮化镓铝层、多量子阱有源层、p型氮化镓铝层构成芯片的外延层；所述外延层上沉积有金属线网格；所述金属线网格上沉积有铝反射层；在芯片上有穿过所述铝反射层、金属线网格、p型氮化镓铝层、多量子阱有源层直至n型氮化镓层的n型电极孔；在所述反射层表面、p型电极孔的底面和侧面沉积有第一绝缘层；在所述绝缘层表面上沉积p型电极和n型电极；在所述p型电极、n型电极部分第一绝缘层上沉积第二绝缘层；在所述第二绝缘层上沉积p型焊盘和n型焊盘。进一步，所述紫外发光二极管芯片还包括：第一绝缘层上形成有与所述p型氮化镓铝层表面相连的p型接触孔和与所述n型氮化镓层表面相连的n型接触孔；第二绝缘层上形成有与所述p型电极相连的p型接触孔和与所述n型电极相连的n型接触孔；所述p型电极通过第一绝缘层上的n型接触孔和p型氮化镓铝层电联接；所述n型电极通过第一绝缘层上的p型接触孔和n型氮化镓铝层电联接；所述p型焊盘通过第二绝缘层上的p型接触孔和p型电极相连接；所述n型焊盘通过第二绝缘层上的n型接触孔和n型电极相连。进一步，所述p型电极均匀分布于n型电极四周并保持大于50um的距离，电极材料为Cr/Pt/Au。进一步，所述n型焊盘和p型焊盘对称分布，所述p焊盘和n焊盘厚度为1um～2um，p焊盘和n焊盘之间间隔≥150um；p焊盘和n焊盘由AuSn层组成；金属线网格包括金(Au)线网格和镍(Ni)线网格粘附层；金(Au)线网格20的线宽为200纳米，厚度为10纳米，周期为700纳米；镍(Ni)线网格粘附层21的线宽为200纳米，厚度为2纳米，周期为700纳米；金属线网格或采用材料钯(Pd)、铂(Pt)、铱(Ir)、铑(Rh)金属，粘附层材料或使用钛(Ti)、铬(Cr)金属。所述绝缘层厚度为100nm～150nm，绝缘层的材料为氮化铝或二氧化硅或氮化硅或三氧化二铝。本专利技术另一目的在于提供一种具有金属线网格透明导电电极的正装结构紫外发光二极管芯片，包括衬底以及依次从衬底表面叠加生长的氮化铝缓冲层、n型氮化镓铝层、多量子阱有源层、p型氮化镓铝；所述铝氮化铝缓冲层、n型氮化镓铝层、多量子阱有源层、p型氮化镓铝构成芯片的外延层；所述外延层上有直至所述n型氮化镓层的台阶结构；所述p型氮化镓铝层上沉积有p电极；所述n型氮化镓层的台阶部分上沉积有n型电极；所述p电极是镍/金线网格透明导电电极。本专利技术提供的一种具有金属线网格透明导电电极的紫外发光二极管芯片及其制备方法，利用纳米压印技术制造一种透明金属线网格结构并将其应用于紫外LED芯片，可以有效提高紫外LED芯片的出光效率。本专利技术第一实施例中，通过柔性纳米压印技术在紫外LED晶圆片上制作出具有不同线宽、占空比和厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有金属线网格透明导电电极的紫外发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述紫外发光二极管芯片的制备方法包括以下步骤：步骤一、准备蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底表面上依次叠加生长氮化铝缓冲层、n型氮化镓铝层、多量子阱有源层、p型氮化镓铝层；所述氮化铝缓冲层、n型氮化镓铝层、多量子阱有源层、p型氮化镓铝层为芯片的外延层；步骤二、清洗紫外LED外延片；步骤三、采用柔性纳米压印技术在紫外LED晶圆片上制作金属线网格透明导电电极；步骤四、在金属线网格透明导电电极上面沉积铝反射层材料；步骤五、通过刻蚀技术对p型氮化镓铝层、MQW和n型氮化镓铝层外延层进行蚀刻，直至暴露出n型氮化镓铝层，在紫外LED外延层内形成周期性的盲孔结构；步骤六、通过等离子体增强化学气相沉积方法在盲孔中淀积SiO2绝缘层；然后再通过光刻和BOE湿法腐蚀去除盲孔底部的SiO2绝缘层，只保留盲孔侧壁的SiO2绝缘层；步骤七、通过光刻和BOE湿法腐蚀去除部分第一绝缘层，形成与所述p型氮化镓铝层表面相连的p型接触孔和与所述n型氮化镓铝层表面相连的n型接触孔；步骤八、采用化学气相沉积在所述绝缘层表面上沉积p型电极和n型电极，p型电极填充p型接触孔并与反射层电联接，n型电极填充n型电极孔、n型接触孔并与n型氮化镓铝层电联接；步骤九、在所述p型电极、n型电极和部分第一绝缘层上沉积第二绝缘层，第二绝缘层填充p型电极和n型电极之间的空隙使得二者充分隔离；步骤十、在所述第二绝缘层上形成与所述n型电极相连的p型接触孔和与所述n型电极相连的n型接触孔；步骤十一、在所述第二绝缘层上形成对称且互相隔离的p型焊盘和n型焊盘，p型焊盘填充p型接触孔并与p型电极电联接，n型焊盘填充n型电极孔、n型接触孔并与n型电极电联接。...

【技术特征摘要】
1.一种具有金属线网格透明导电电极的紫外发光二极管芯片的制备方法，
其特征在于，所述紫外发光二极管芯片的制备方法包括以下步骤：
步骤一、准备蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底表面上依次叠加生长氮化铝缓冲
层、n型氮化镓铝层、多量子阱有源层、p型氮化镓铝层；所述氮化铝缓冲层、
n型氮化镓铝层、多量子阱有源层、p型氮化镓铝层为芯片的外延层；
步骤二、清洗紫外LED外延片；
步骤三、采用柔性纳米压印技术在紫外LED晶圆片上制作金属线网格透明
导电电极；
步骤四、在金属线网格透明导电电极上面沉积铝反射层材料；
步骤五、通过刻蚀技术对p型氮化镓铝层、MQW和n型氮化镓铝层外延层
进行蚀刻，直至暴露出n型氮化镓铝层，在紫外LED外延层内形成周期性的盲
孔结构；
步骤六、通过等离子体增强化学气相沉积方法在盲孔中淀积SiO2绝缘层；
然后再通过光刻和BOE湿法腐蚀去除盲孔底部的SiO2绝缘层，只保留盲孔侧壁
的SiO2绝缘层；
步骤七、通过光刻和BOE湿法腐蚀去除部分第一绝缘层，形成与所述p型
氮化镓铝层表面相连的p型接触孔和与所述n型氮化镓铝层表面相连的n型接
触孔；
步骤八、采用化学气相沉积在所述绝缘层表面上沉积p型电极和n型电极，
p型电极填充p型接触孔并与反射层电联接，n型电极填充n型电极孔、n型接
触孔并与n型氮化镓铝层电联接；
步骤九、在所述p型电极、n型电极和部分第一绝缘层上沉积第二绝缘层，
第二绝缘层填充p型电极和n型电极之间的空隙使得二者充分隔离；
步骤十、在所述第二绝缘层上形成与所述n型电极相连的p型接触孔和与
所述n型电极相连的n型接触孔；
步骤十一、在所述第二绝缘层上形成对称且互相隔离的p型焊盘和n型焊

\t盘，p型焊盘填充p型接触孔并与p型电极电联接，n型焊盘填充n型电极孔、
n型接触孔并与n型电极电联接。
2.如权利要求1所述的紫外发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，通
过调整纳米压印模板的占空比和厚度对所述金属线网格占空比和厚度进行调
控，通过控制影子蒸镀工艺中铬Cr金属的厚度对所述金属线网格的线宽进行调
控，具体步骤如下：
在硅衬底上旋涂一层光刻胶，然后采用具有周期为700nm、占空比为50％
的光栅结构的硬质硅压印模板对其进行压印；脱模，在光刻胶上形成周期性的
沟槽；采用影子蒸镀技术在被压印的光刻胶的侧边淀积铬Cr金属；残留层刻蚀
及铬Cr掩膜沉积；光刻胶剥离；反应离子刻蚀硅衬底；湿法腐蚀去除铬Cr。
3.如权利要求1所述的紫外发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所
述采用柔性纳米压印技术制作金属线网格透明导电电极，其中软质柔性压印模
板使用PET/PUA柔性压印模板，具体加工步骤如下：准备PET/PUA衬底；硬
质硅压印模板压印PUA，在PUA上形成周期性光...

【专利技术属性】
技术研发人员：周圣军，刘胜，郑晨居，吕家将，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42