基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件及其制备方法，包括自上到下依次AlN层、深紫外外延结构、反光镜层、过渡金属层及导电衬底，其中，深紫外外延结构包括第一深紫外外延结构及第二深紫外外延结构，反光镜层包括第一反光镜层及第二反光镜层，该LED器件及其制备方法能够有效的解决金属过渡层制作成本高、粘附性差及剥离过程中易出现断裂的问题，同时有效的解决了转移后AlN层去除的技术难题。

Deep ultraviolet LED device and its preparation method based on composite transfer substrate

The invention discloses a vertical structure composite substrate transfer of deep UV LED device and its preparation method based on, including from top to bottom AlN layer and deep UV epitaxial structure and reflector layer, transition metal layer and the conductive substrate, wherein the deep ultraviolet epitaxial structure includes a first epitaxial structure and deep UV two deep UV epitaxial structure, the reflector layer includes a first reflective mirror layer and the two reflective mirror layer, the LED device and its preparation method can effectively solve the metal transition layer of high production costs, easily broken poor adhesion and peeling process, but also effectively solves the technical problem after the transfer of the AlN layer is removed the.

【技术实现步骤摘要】
基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件及其制备方法
本专利技术属于半导体
，涉及一种基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件及其制备方法。
技术介绍
经过10多年研究和发展，280nm以下的深紫外LED外量子效率已超过5％，对应发光功率大于5mW，寿命达5000h。功率的提升推动应用领域的发展，深紫外线LED的用途涉及食品安全，医疗，国防等领域。目前的研究进展及存在的问题是1.功率低：深紫外LED外量子效率已超过5％，但与蓝光的60％相比仍然很低，其原因包括：模板材料质量缺陷，多层结构中深紫外光的全内反射损失，以及P型电极的吸收导致光提取效率差，目前光萃取效率只有6％，须取得对p型欧姆接触的突破，减少对高吸光p-GaN的依赖；粗化出光面。2.散热性差，外量子效率低致使大部分电能转化为热能，因此散热问题很关键。从芯片和封装方面看，倒装深紫外LED和垂直结构深紫外LED，可制作高功率深紫外LED。相比水平结构深紫外LED，垂直结构在技术上具有出光面积大、功率高，电流扩散面积较大且均匀，金属导电衬底散热性能比蓝宝石好等技术优势，可以在很大程度上解决目前深紫外LED光提取效率差，散热性差的关键问题。但是垂直结构深紫外LED在技术上面临诸多问题，包括高反射率的反光镜层材料的选择，激光剥离蓝宝石衬底的能量选择，目前转移衬底的金属过渡层成本高、粘附性差、剥离过程中易从金属层断裂，转移后的AlN层的去除等技术难点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件及其制备方法，该LED器件及其制备方法能够有效的解决金属过渡层制作成本高、粘附性差及剥离过程中易出现断裂的问题，同时有效的解决了转移后AlN层去除的技术难题。为达到上述目的，本专利技术所述的基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件包括自上到下依次AlN层、深紫外外延结构、反光镜层、过渡金属层及导电衬底，其中，深紫外外延结构包括第一深紫外外延结构及第二深紫外外延结构，反光镜层包括第一反光镜层及第二反光镜层，其中，第一反光镜层及第二反光镜层均位于过渡金属层上，且第一反光镜层与第二反光镜层之间有第一间隙，第一深紫外外延结构位于第一反光镜层上，第一深紫外外延结构的上表面与AlN层的底面相接触，第二深紫外外延结构位于第二反光镜层上，且第二深紫外外延结构的上表面与AlN层的底面相接触，且第一深紫外外延结构与第二深紫外外延结构之间有第二间隙，且第一间隙与第二间隙相连通形成刻蚀走道，AlN层的中部断开，且AlN层上断开的位置正对第二间隙，第一N面电极的下端自上到下穿过AlN层与第一深紫外外延结构的上表面相接触，第二N面电极的下端自上到下穿过AlN层与第二深紫外外延结构的上表面相接触。还包括第一外延结构保护层、第二外延结构保护层及第三外延结构保护层，其中，第一外延结构保护层位于刻蚀走道内，第一外延结构保护层的一侧覆盖于第一深紫外外延结构一侧的侧面及底面上，第一外延结构保护层的另一侧覆盖于第二深紫外外延结构一侧的侧面及底面上，第一外延结构保护层的中部覆盖于AlN层的底部上，AlN层上断开的位置正对第一外延结构保护层的中部；第二外延结构保护层覆盖于AlN层的底部和第一深紫外外延结构另一侧的侧面及底面上，第三外延结构保护层覆盖于AlN层的底部和第二深紫外外延结构另一侧的侧面及底面上。第一深紫外外延结构及第二深紫外外延结构均自上到下依次包括AlGaN层、量子阱层及AlGaN/GaN层，AlGaN/GaN层位于过渡金属层的表面，第一N面电极的下端与第一深紫外外延结构中AlGaN层的上表面相接触；第二N面电极的下端与第二深紫外外延结构中AlGaN层的上表面相接触。本专利技术所述的基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件的制备方法包括以下步骤：1)在蓝宝石衬底上生长AlN层，然后在AlN层的表面上反向生长深紫外外延结构；2)用激光划片在深紫外外延结构上划出两条划痕，并使AlN层21的中部断开，然后采用干法刻蚀技术去除两条划痕之间的深紫外外延结构，以形成第一深紫外外延结构、第二深紫外外延结构及第二间隙；3)在第一深紫外外延结构的上表面及第二深紫外外延结构的上表面分别制作第一反光镜层及第二反光镜层；4)采用低温沉积或溅射的方式在蓝宝石衬底的表面、第一深紫外外延结构表面、第二深紫外外延结构的表面、第一反光镜层的表面及第二反光镜层的表面制作保护层，然后去除第一反光镜层表面及第二反光镜层表面的保护层，以形成第一外延结构保护层、第二外延结构保护层及第三外延结构保护层，得外延片；5)将低温导电材料平铺与导电衬底上，然后采用加热的方式使低温导电材料处于半融化状态，从而在导电衬底上形成过渡金属层，得复合转移衬底；6)将步骤4)得到的外延片在竖直方向旋转180°，然后再将外延片转移到复合转移衬底上，其中，外延片中第一反光镜层及第二反光镜层的下表面与过渡金属层的表面相接触，然后将过渡金属层加热至低温导电材料的熔点处；7)激光剥离去除蓝宝石衬底，再将AlN层进行干法刻蚀减薄后粗化，并在粗化后的AlN层上制作第一N面电极及第二N面电极，得基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件。第一反光镜层及第二反光镜层均为单层或者多层金属层，且第一反光镜层及第二反光镜层的材质均为Ni/Al或Cr/Al，第一反光镜层及第二反光镜层对深紫外波段的反射率均大于90％，第一反光镜层的厚度及第二反光镜层厚度均大于0.5μm，第一反光镜层的耐温及第二反光镜层的耐温均大于200℃。第一外延结构保护层、第二外延结构保护层及第三外延结构保护层的材质为不导电材料。步骤5)中通过控制加热时间及加热温度使低温导电材料处于半融化状态；步骤6)中过渡金属层加热至低温导电材料的熔点处的加热时间为5min。步骤7)中采用193nmArF激光剥离技术去除蓝宝石衬底，剥离所需的脉冲功率为900-1600mJ/cm2。AlN层的粗化深度为0.5-2μm。第一N面电极及第二N面电极的材质均为Ni、Ti、Pt、Au或Al，第一N面电极及第二N面电极均为网格状结构、叉指状结构或环状结构，第一N面电极及第二N面电极的宽度均大于等于100μm。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件及其制备方法在具体操作时，通过加热的方式使低温导电材料处于半融化状态，从而在导电衬底上形成过渡金属层，然后再将外延片中的第一反光镜层及第二反光镜层粘接于过渡金属层上，从而通过金属过渡层保证导电衬底与外延片之间良好的粘结，同时减少剥离蓝宝石衬底产生的强烈冲击对外延片与导电衬底带来的损伤及变形，复合转移衬底的导电导热特性不发生变化，从而有效的解决金属过渡层制作成本高、粘附性差及剥离过程中容易出现断裂的问题，同时减少了制作工艺。另外，本专利技术不需要大面积刻蚀去除AlN层，降低了工艺的难度，防止刻蚀过程中对外延片电学性能及保护层的损伤，同时本专利技术对AlN层进行干法刻蚀减薄后粗化，进一步的提高了AlN层的光萃取效率，既可以通过AlN层对外延片进行保护，同时增加了产品的光萃取功能，从而有效的解决了转移后AlN层去除的技术难题。附图说明图1为本专利技术中深紫外外延结构的结构示意图；图2为划痕3的位置图；图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件，其特征在于，包括自上到下依次AlN层(21)、深紫外外延结构、反光镜层、过渡金属层(61)及导电衬底(6)，其中，深紫外外延结构包括第一深紫外外延结构及第二深紫外外延结构，反光镜层包括第一反光镜层(41)及第二反光镜层(42)，其中，第一反光镜层(41)及第二反光镜层(42)均位于过渡金属层(61)上，且第一反光镜层(41)与第二反光镜层(42)之间有第一间隙，第一深紫外外延结构位于第一反光镜层(41)上，第一深紫外外延结构的上表面与AlN层(21)的底面相接触，第二深紫外外延结构位于第二反光镜层(42)上，且第二深紫外外延结构的上表面与AlN层(21)的底面相接触，且第一深紫外外延结构与第二深紫外外延结构之间有第二间隙，且第一间隙与第二间隙相连通形成刻蚀走道，AlN层(21)的中部断开，且AlN层(21)上断开的位置正对第二间隙，第一N面电极(100)的下端自上到下穿过AlN层(21)与第一深紫外外延结构的上表面相接触，第二N面电极(101)的下端自上到下穿过AlN层(21)与第二深紫外外延结构的上表面相接触。

【技术特征摘要】
1.一种基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件，其特征在于，包括自上到下依次AlN层(21)、深紫外外延结构、反光镜层、过渡金属层(61)及导电衬底(6)，其中，深紫外外延结构包括第一深紫外外延结构及第二深紫外外延结构，反光镜层包括第一反光镜层(41)及第二反光镜层(42)，其中，第一反光镜层(41)及第二反光镜层(42)均位于过渡金属层(61)上，且第一反光镜层(41)与第二反光镜层(42)之间有第一间隙，第一深紫外外延结构位于第一反光镜层(41)上，第一深紫外外延结构的上表面与AlN层(21)的底面相接触，第二深紫外外延结构位于第二反光镜层(42)上，且第二深紫外外延结构的上表面与AlN层(21)的底面相接触，且第一深紫外外延结构与第二深紫外外延结构之间有第二间隙，且第一间隙与第二间隙相连通形成刻蚀走道，AlN层(21)的中部断开，且AlN层(21)上断开的位置正对第二间隙，第一N面电极(100)的下端自上到下穿过AlN层(21)与第一深紫外外延结构的上表面相接触，第二N面电极(101)的下端自上到下穿过AlN层(21)与第二深紫外外延结构的上表面相接触。2.根据权利要求1所述的基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件，其特征在于，还包括第一外延结构保护层(51)、第二外延结构保护层(52)及第三外延结构保护层(53)，其中，第一外延结构保护层(51)位于刻蚀走道内，第一外延结构保护层(51)的一侧覆盖于第一深紫外外延结构一侧的侧面及底面上，第一外延结构保护层(51)的另一侧覆盖于第二深紫外外延结构一侧的侧面及底面上，第一外延结构保护层(51)的中部覆盖于AlN层(21)的底部上，AlN层(21)上断开的位置正对第一外延结构保护层(51)的中部；第二外延结构保护层(52)覆盖于AlN层(21)的底部和第一深紫外外延结构另一侧的侧面及底面上，第三外延结构保护层(53)覆盖于AlN层(21)的底部和第二深紫外外延结构另一侧的侧面及底面上。3.根据权利要求2所述的基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件，其特征在于，第一深紫外外延结构及第二深紫外外延结构均自上到下依次包括AlGaN层(22)、量子阱层(23)及AlGaN/GaN层(24)，AlGaN/GaN层(24)位于过渡金属层(61)的表面，第一N面电极(100)的下端与第一深紫外外延结构中AlGaN层(22)的上表面相接触；第二N面电极(101)的下端与第二深紫外外延结构中AlGaN层(22)的上表面相接触。4.一种权利要求3所述的基于复合转移衬底的垂直结构深紫外LED器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在蓝宝石衬底(1)上生长AlN层(21)，然后在AlN层(21)的表面上反向生长深紫外外延结构；2)用激光划片在深紫外外延结构上划出两条划痕(3)，并使AlN层21的中部断开，然后采用干法刻蚀技术去除两条划痕(3)之间的深紫外外延结构，以形成第一深紫外外延结构、第二深紫外外延结构及第二间隙；3)在第一深紫外外延结构的上表面及第二深紫外外延...

【专利技术属性】
技术研发人员：云峰，张烨，田振寰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61