一种多功能反射镜的紫外通孔结构的LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多功能反射镜的紫外通孔结构的LED芯片，包括外延衬底和在外延衬底上外延生长的LED外延片；LED外延片包括n型掺杂GaN薄膜、InGaN/GaN多量子阱和p型掺杂GaN薄膜，所述n型掺杂GaN薄膜生长在外延衬底上，所述InGaN/GaN多量子阱生长在n型掺杂GaN薄膜上，所述p型掺杂GaN薄膜生长在InGaN/GaN量子阱上；所述外延生长衬底为Si衬底、GaN衬底、蓝宝石衬底、LSAT衬底或LiGaO2衬底。本发明专利技术还提供一种多功能反射镜的紫外通孔结构的LED芯片的制备方法。本发明专利技术的该LED芯片上的反射镜保护层具有优异的热稳定性、防高温氧化和防磷酸腐蚀的特性，可兼具反射镜、反射镜保护层以及隔离层三种功能。

An ultraviolet through hole structure LED chip of multifunctional reflector and its preparation method

The invention discloses an ultraviolet through-hole LED chip of a multifunctional mirror, which comprises an epitaxial substrate and an epitaxial LED epitaxial sheet grown on an epitaxial substrate; the LED epitaxial sheet comprises an n-type doped GaN film, an InGaN/GaN multi-quantum well and a p-type doped GaN film, wherein the n-type doped GaN film is grown on an epitaxial substrate, and the InGaN/GaN film is grown on an epitaxial substrate. N-MQWs are grown on n-type doped GaN films. The p-type doped GaN films are grown on InGaN/GaN quantum wells. The epitaxial growth substrates are Si substrate, GaN substrate, sapphire substrate, LSAT substrate or LiGaO2 substrate. The invention also provides a method for preparing the LED chip of the ultraviolet through hole structure of the multifunctional reflector. The mirror protective layer on the LED chip of the invention has excellent thermal stability, high temperature oxidation resistance and phosphoric acid corrosion resistance, and can have three functions of the mirror, the mirror protective layer and the isolation layer.

【技术实现步骤摘要】
一种多功能反射镜的紫外通孔结构的LED芯片及其制备方法
本专利技术涉及LED制造领域，尤其涉及一种多功能反射镜的紫外通孔结构的LED芯片及其制备方法。
技术介绍
紫光LED是LED的新旅程，被认为是下一代光源之一。半年来，紫光LED已然成为LED论坛、LED实验室以及LED市场的新宠之一，在国内外政策、设备完善等的推动下，UVLED的市场渗透率大大提高，长波紫外光源主要有中压汞灯、短弧超高压汞灯、氙灯、紫外金卤灯、紫外LED、美甲机、UV树脂固化、UV油墨固化、验钞、光触媒等，它们主要应用于紫外光固化、光化学合成、印刷电路板曝光和荧光探伤等方面。中波紫外光源主要指紫外线荧光灯，它具有红斑效应和保健作用，一般适用于医疗保健。而短波紫外光源包括热阴极和冷阴极低压汞灯，主要用于消毒杀菌、荧光分析及光化学等方面。但市面上紫外芯片大部分为蓝宝石基的水平倒装结构芯片，垂直结构也仅有紫外垂直线形结构LED，上述多种紫外LED在外量子效率和、电流扩展能力上还存在很大空间。而紫外通孔结构芯片是采用光刻配合干法刻蚀的方法在外延片p-GaN表面进行打孔，孔一直延伸至n-GaN，能在孔周围形成一个3D层面的电流扩展，远优于垂直线形结构的2D电流扩展；其次，通过均匀分布的孔能够提升n-GaN表面的2D电流扩展能力并将线形结构的2D电流扩展能力转化为3D电流扩展能力，使其电流分布均匀性得到大幅提升，光效大幅提升，并且优异的电流扩展能力能够给通孔结构芯片带来优秀的超电流驱动能力。虽然紫外通孔结构LED芯片拥有如此多的优点，对于其是打孔结构的特性，需要在有源层内采用电感耦合等离子体的方法进行刻蚀开孔，开孔后需要采用隔离层对孔的侧壁进行保护，保护后还需要光刻再开孔，再在孔内沉积N电极金属；同时由于其是垂直结构的特性，反射镜需采用该波段反射率较高的活泼金属材料，为保证反射镜稳定性，还需沉积反射镜保护层。因此整个紫外垂直打孔结构芯片工艺流程存在如下缺陷：反射镜、反射镜保护层、MESA层、隔离层均需要开孔，需要的光刻步骤较多，工艺周期长；同时由于孔的尺寸在几十微米的尺度，孔与孔之间存在对准的问题，孔过多会存在孔之间无法对准的问题，工艺精度无法保证；过程中涉及到蒸镀或者使用大量贵金属材料成本高
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种多功能反射镜的紫外通孔结构的LED芯片，该LED芯片上的反射镜保护层具有优异的热稳定性、防高温氧化和防磷酸腐蚀的特性，可兼具反射镜、反射镜保护层以及隔离层三种功能。本专利技术的目的之二在于提供一种多功能反射镜的紫外通孔结构的LED芯片的制备方法，该制备方法节省了一步金属沉积工艺和一步隔离层工艺，简化了工艺流程，大幅降低了制造成本，同时还能够满足LED芯片的高反射率和高热稳定性，非常具有竞争性。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：一种多功能反射镜的紫外通孔结构的LED芯片，包括外延衬底和在外延衬底上外延生长的LED外延片；LED外延片包括n型掺杂GaN薄膜、InGaN/GaN多量子阱和p型掺杂GaN薄膜，所述n型掺杂GaN薄膜生长在外延衬底上，所述InGaN/GaN多量子阱生长在n型掺杂GaN薄膜上，所述p型掺杂GaN薄膜生长在InGaN/GaN量子阱上；所述外延生长衬底为Si衬底、GaN衬底、蓝宝石衬底、LSAT衬底或LiGaO2衬底。本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：一种多功能反射镜的紫外通孔结构的LED芯片的制备方法，包括，LED外延片生长步骤：提供外延衬底，在外延衬底上外延生长LED外延片，LED外延片包括生长在外延衬底上的n型掺杂GaN薄膜，生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN多量子阱，生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜；CBL图形化处理步骤：在p型掺杂GaN薄膜的表面配合标准光刻工艺及电感耦合等离子体刻蚀的方法进行图形化处理，得到CBL图形；刻蚀孔步骤：在LED外延片上利用电感耦合等离子体刻蚀的方法得到MESA孔，所述MESA孔贯穿InGaN/GaN量子阱和p型掺杂GaN薄膜，使底部的n型掺杂GaN薄膜暴露出；ITO电流层制备步骤：在LED外延片表面使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，配合标准光刻工艺，制备出ITO电流层；ITO开孔制备步骤：将ITO电流层放入退火炉中，进行退火，对退火后的ITO电流层通过光刻及湿法腐蚀进行处理，得到ITO开孔；p-finger图形制备步骤：在ITO电流层的表面使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，配合标准光刻工艺制备出p-finger图形，所述p-finger图形与CBL图形形状一致并覆盖CBL图形；多功能反射镜制备步骤：使用磁控溅射电子束蒸发工艺，形成由SiO2和Ti3O5两种材料以ABAB的方式交替排列组成的周期结构性薄膜，配合标准光刻工艺及湿法腐蚀工艺在周期结构性薄膜上制备出具有阵列微米孔的多功能反射镜；采用腐蚀工艺处理多功能反射镜，在多功能反射镜上得到反射镜层开孔，所述反射镜层开孔覆盖MESA孔；N电极金属填充步骤：在反射镜层开孔内填充N电极金属，得到N电极层；金属键合层制备步骤：在N电极层表面形成第一金属键合层，提供键合衬底，在键合衬底的正面制备出第二金属键合层，在键合衬底的背面制备出第一背金层，所述键合衬底通过第一金属键合层和第二金属键合层键合；剥离外延衬底步骤：利用机械研磨加化学蚀液腐蚀法将外延生长衬底剥离掉，对剥离后的LED芯片使用干法刻蚀将n型掺杂GaN薄膜的背面完全暴露出来，并采用化学溶液对n型掺杂GaN薄膜进行湿法粗化处理；P电极制备步骤：在处理后的n型掺杂GaN薄膜表面制备绝缘层，并配合标准光刻及刻蚀工艺，在n型掺杂GaN薄膜表面与p-finger图形的垂直投影区域得到P电极开孔，在P电极开孔的区域形成P电极；最后得到多功能反射镜的紫外通孔结构的LED芯片。进一步地，CBL图形化处理步骤中，刻蚀的上电极功率为200-900W，下电极功率为80-500W，刻蚀中通入O2作为反应气体。进一步地，刻蚀孔步骤中，刻蚀的上电极功率为200-900W，下电极功率为80-500W，刻蚀速率为15埃/秒-100埃/秒。进一步地，ITO电流层制备步骤中，使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，配合标准光刻工艺的时间为10～600秒。进一步地，p-finger图形制备步骤中，p-finger的电极金属为Pt、Cr、Au、Ti、Sn、Al中的一种或任意组合，所述p-finger的电极金属的厚度为200-1000nm。进一步地，N电极金属填充步骤中，N电极金属为Cr、Al、Ti、Pt、Au、Sn、Ni中的一种或者任意组合，所述N电极金属的厚度为200-10000nm。进一步地，金属键合层制备步骤中，所述第一金属键合层和所述第二金属键合层均为Sn-Ni；所述第一金属键合层的厚度为500-9000nm，所述第二金属键合层的厚度为300-50000nm。进一步地，剥离外延衬底步骤中，化学蚀液腐蚀法中的化学蚀液为氢氟酸、硝酸和冰醋酸的一种或任意组合；湿法粗化处理的化学溶液为KOH/NaOH的热溶液或KOH/NaOH的熔融物。进一步地，P电极制备步骤中，P电极为Cr、Ni、Ti、TiW、Pt、Au中的一种或者任意组合；所述P电极的厚度为200本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能反射镜的紫外通孔结构的LED芯片，其特征在于，包括外延衬底和在外延衬底上外延生长的LED外延片；LED外延片包括n型掺杂GaN薄膜、InGaN/GaN多量子阱和p型掺杂GaN薄膜，所述n型掺杂GaN薄膜生长在外延衬底上，所述InGaN/GaN多量子阱生长在n型掺杂GaN薄膜上，所述p型掺杂GaN薄膜生长在InGaN/GaN量子阱上；所述外延生长衬底为Si衬底、GaN衬底、蓝宝石衬底、LSAT衬底或LiGaO2衬底。

【技术特征摘要】
1.一种多功能反射镜的紫外通孔结构的LED芯片，其特征在于，包括外延衬底和在外延衬底上外延生长的LED外延片；LED外延片包括n型掺杂GaN薄膜、InGaN/GaN多量子阱和p型掺杂GaN薄膜，所述n型掺杂GaN薄膜生长在外延衬底上，所述InGaN/GaN多量子阱生长在n型掺杂GaN薄膜上，所述p型掺杂GaN薄膜生长在InGaN/GaN量子阱上；所述外延生长衬底为Si衬底、GaN衬底、蓝宝石衬底、LSAT衬底或LiGaO2衬底。2.一种如权利要求1所述的多功能反射镜的紫外通孔结构的LED芯片的制备方法，其特征在于包括，LED外延片生长步骤：提供外延衬底，在外延衬底上外延生长LED外延片，LED外延片包括生长在外延衬底上的n型掺杂GaN薄膜，生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN多量子阱，生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜；CBL图形化处理步骤：在p型掺杂GaN薄膜的表面配合标准光刻工艺及电感耦合等离子体刻蚀的方法进行图形化处理，得到CBL图形；刻蚀孔步骤：在LED外延片上利用电感耦合等离子体刻蚀的方法得到MESA孔，所述MESA孔贯穿InGaN/GaN量子阱和p型掺杂GaN薄膜，使底部的n型掺杂GaN薄膜暴露出；ITO电流层制备步骤：在LED外延片表面使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，配合标准光刻工艺，制备出ITO电流层；ITO开孔制备步骤：将ITO电流层放入退火炉中，进行退火，对退火后的ITO电流层通过光刻及湿法腐蚀进行处理，得到ITO开孔；p-finger图形制备步骤：在ITO电流层的表面使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，配合标准光刻工艺制备出p-finger图形，所述p-finger图形与CBL图形形状一致并覆盖CBL图形；多功能反射镜制备步骤：使用磁控溅射电子束蒸发工艺，形成由SiO2和Ti3O5两种材料以ABAB的方式交替排列组成的周期结构性薄膜，配合标准光刻工艺及湿法腐蚀工艺在周期结构性薄膜上制备出具有阵列微米孔的多功能反射镜；采用腐蚀工艺处理多功能反射镜，在多功能反射镜上得到反射镜层开孔，所述反射镜层开孔覆盖MESA孔；N电极金属填充步骤：在反射镜层开孔内填充N电极金属，得到N电极层；金属键合层制备步骤：在N电极层表面形成第一金属键合层，提供键合衬底，在键合衬底的正面制备出第二金属键合层，在键合衬底的背面制备出第一背金层，所述键合衬底通过第一金属键合层和第二金属键合层键合；剥离外延衬底步骤：利用机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：河源市众拓光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44