一种超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片，包括外延衬底和在外延衬底上生长的LED外延片；LED外延片包括n型掺杂GaN薄膜、InGaN或AlGaN/GaN多量子阱以及p型掺杂GaN薄膜，InGaN或AlGaN/GaN多量子阱生长在n型掺杂GaN薄膜上，p型掺杂GaN薄膜生长在InGaN/GaN量子阱上；外延衬底为Si衬底、GaN衬底、Cu衬底、LSAT衬底或LiGaO2衬底。本发明专利技术还提供一种超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片的制备方法。本发明专利技术的LED芯片在完美继承垂直线形结构的优点同时，而且在紫外波段具有反射率高且抗氧化能力强的特点。

An ultra high reflectivity LED chip with UV through-hole structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片及其制备方法
本专利技术涉及一种LED芯片，尤其涉及一种超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片及其制备方法。
技术介绍
紫外LED(UVLED)主要应用在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、计算机数据存储和军事等方面。而且随着技术的发展，新的应用会不断出现以替代原有的技术和产品，紫外LED有着广阔的市场应用前景。根据波长划分，紫外发光二极管被分成UV-ALED(320-410nm波长)，UV-BLED(275-320nm)和UV-CLED(200-275nm)。UV-ALED主要用在干燥和固化，UV-B用于生物传感，UV-C用于杀菌和净化。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，但仍存在很多难点，由于紫外波段分为UVA(320～400nm)、UVB(280～320nm)和UVC(200～280nm)；UVB和UVC波段金属Al反射率最高，而UVA波段金属Ag反射率最高；但是传统Ag反射镜在紫外光波段下反射率偏低且Ag易氧化，而Al反射镜也存在极易氧化及欧姆接触的难题，在工艺制备中存在极大的难点。
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超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片，该紫外通孔结构的LED芯片在完美继承垂直线形结构的优点同时，而且在紫外波段具有反射率高且抗氧化能力强的特点。本专利技术的目的之二在于提供一种超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片的制备方法，该制备方法得到的LED芯片将线形结构的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。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：一种超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片，包括外延衬底和在外延衬底上生长的LED外延片；所述LED外延片包括n型掺杂GaN薄膜、InGaN或AlGaN/GaN多量子阱以及p型掺杂GaN薄膜，所述InGaN或AlGaN/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；所述外延衬底为Si衬底、GaN衬底、Cu衬底、LSAT(钽铝酸锶镧)衬底或LiGaO2(镓酸锂)衬底。进一步地，所述Si衬底以(111)面为外延面。本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：一种紫外通孔结构的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InGaNorAlGaN/GaN多量子阱，生长在InGaNorAlGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜；ITO电流扩展层制备步骤：在LED外延片表面使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，制备出ITO电流扩展层；退火步骤：将ITO电流扩展层放入退火炉中，进行退火；ITO电流扩展层开孔制备步骤：将退火后的ITO电流扩展层通过光刻及湿法腐蚀进行处理，获得ITO电流扩展层的开孔；分布式布拉格反射镜制备步骤：使用DBR蒸镀工艺，形成由SiO2和Ti3O5、SiN和Ti3O5、SiO2和TiO2以及SiN和Ti3O5中任意两种以ABAB的方式交替排列组成周期结构性薄膜，配合标准光刻工艺及湿法腐蚀工艺得到具有阵列微米孔的孔图形的分布式布拉格反射镜；腐蚀处理步骤：将分布式布拉格反射镜采用腐蚀液进行工艺处理，获得反射镜层的开孔；反射镜保护层沉积步骤：在反射镜层的开孔及其走道内利用磁控溅射工艺或者电子束蒸发工艺在布拉格反射镜表面沉积反射镜保护层；MESA孔蚀刻步骤：在反射镜保护层的开孔内由电感耦合等离子体刻蚀的方法得到MESA孔，所述MESA孔暴露出位于反射镜保护层的开孔底部的n型掺杂GaN薄膜层；第一绝缘层制备步骤：在MESA孔的开孔以及走道内由PECVD工艺形成第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖MESA孔的开孔及走道的底部和侧壁；再用腐蚀液对第一绝缘层进行处理，得到第一绝缘层的开孔；电极金属填充步骤：在第一绝缘层的开孔内填充N电极金属，所述N电极金属的上表面与第一绝缘层的上表面位于同一水平线；导电基板制备步骤：在第一绝缘层的表面采用镀铜液电镀一层铜箔作为导电基板，然后采用电感耦合等离子体刻蚀将n型掺杂GaN薄膜层的背面完全暴露出来，并用显影液对n型掺杂GaN薄膜层进行处理；第二绝缘层制备步骤：在处理后的n型掺杂GaN薄膜层表面制备第二绝缘层，并配合标准光刻及刻蚀工艺，在处理后的n型掺杂GaN薄膜层与反射镜层的开孔的垂直投影区域采用电感耦合等离子体干法刻蚀得到P电极金属开孔，在P电极金属开孔的区域形成P电极金属，P电极金属为Cr、Ni、Ti、TiW、Pt、Au中的一种或者任意组合，最后得到紫外通孔结构的LED芯片。进一步地，ITO电流扩展层制备步骤中，外延衬底温度为250～300℃，氧分压为8×10-2Pa，厚度为800～1000A。进一步地，退火步骤中，退火氛围为N2/O2混合气，气氛比例为N2：O2＝50：(1～50)，温度为300～700℃，时间为10～600秒。进一步地，分布式布拉格反射镜制备步骤中，阵列微米孔的孔径20～50μm，孔间距5～30μm。进一步地，反射镜保护层沉积步骤中，反射镜保护层为TiW、Au、Cr、Mo、Al、Cu、Ti和Pt中的一种或者任意组合，所述反射镜保护层的厚度为100-5000nm。进一步地，第一绝缘层制备步骤中，第一绝缘层为二氧化钛、二氧化硅或氮化硅，第一绝缘层的厚度为200-2000nm。进一步地，电极金属填充步骤中，N电极金属为Al、Ti、W、Au、Cr、Mo、Pt、Ag、ZnO的一种或者任意组合，N电极金属的厚度为200-10000nm。进一步地，导电基板制备步骤中，镀铜液中包括：硫酸铜110-160g/L、硫酸150-230g/L、氯离子110-160ppm和添加剂1mL/L。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术的超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片，该紫外通孔结构的LED芯片在完美继承垂直线形结构的优点同时，而且在紫外波段具有反射率高且抗氧化能力强的特点；(2)本专利技术的超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片的制备方法得到的LED芯片将线形结构的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，传统紫光垂直结构芯片350mA测试LOP值350mW左右，本专利技术的紫外通孔结构的LED芯片同尺寸同测试条件LOP值为370～380mW；(3)本专利技术制备方法的ITO电流扩展层制备步骤中，制备出的ITO电流扩展层能够进一步增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片，其特征在于，包括外延衬底和在外延衬底上生长的LED外延片；所述LED外延片包括n型掺杂GaN薄膜、InGaN或AlGaN/GaN多量子阱以及p型掺杂GaN薄膜，所述InGaN或AlGaN/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；所述外延衬底为Si衬底、GaN衬底、Cu衬底、LSAT衬底或LiGaO2衬底；所述超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片通过以下方法制备得到：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或AlGaN/GaN多量子阱，生长在InGaN或AlGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜；ITO电流扩展层制备步骤：在LED外延片表面使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，制备出ITO电流扩展层；退火步骤：将ITO电流扩展层放入退火炉中，进行退火；ITO电流扩展层开孔制备步骤：将退火后的ITO电流扩展层通过光刻及湿法腐蚀进行处理，获得ITO电流扩展层的开孔；分布式布拉格反射镜制备步骤：使用DBR蒸镀工艺，形成由SiO2和Ti3O5、SiN和Ti3O5、SiO2和TiO2以及SiN和Ti3O5中任意两种以ABAB的方式交替排列组成周期结构性薄膜，配合标准光刻工艺及湿法腐蚀工艺得到具有阵列微米孔的孔图形的分布式布拉格反射镜；腐蚀处理步骤：将分布式布拉格反射镜采用腐蚀液进行工艺处理，获得反射镜层的开孔；反射镜保护层沉积步骤：在反射镜层的开孔及其走道内利用磁控溅射工艺或者电子束蒸发工艺在布拉格反射镜表面沉积反射镜保护层；MESA孔蚀刻步骤：在反射镜保护层的开孔内由电感耦合等离子体刻蚀的方法得到MESA孔，所述MESA孔暴露出位于反射镜保护层的开孔底部的n型掺杂GaN薄膜层；第一绝缘层制备步骤：在MESA孔的开孔以及走道内由PECVD工艺形成第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖MESA孔的开孔及走道的底部和侧壁；再用腐蚀液对第一绝缘层进行处理，得到第一绝缘层的开孔；电极金属填充步骤：在第一绝缘层的开孔内填充N电极金属，所述N电极金属的上表面与第一绝缘层的上表面位于同一水平线；导电基板制备步骤：在第一绝缘层的表面采用镀铜液电镀一层铜箔作为导电基板，然后采用电感耦合等离子体刻蚀将n型掺杂GaN薄膜层的背面完全暴露出来，并用显影液对n型掺杂GaN薄膜层进行处理；第二绝缘层制备步骤：在处理后的n型掺杂GaN薄膜层表面制备第二绝缘层，并配合标准光刻及刻蚀工艺，在处理后的n型掺杂GaN薄膜层与反射镜层的开孔的垂直投影区域采用电感耦合等离子体干法刻蚀得到P电极金属开孔，在P电极金属开孔的区域形成P电极金属，P电极金属为Cr、Ni、Ti、TiW、Pt、Au中的一种或者任意组合，最后得到紫外通孔结构的LED芯片。...

【技术特征摘要】
1.一种超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片，其特征在于，包括外延衬底和在外延衬底上生长的LED外延片；所述LED外延片包括n型掺杂GaN薄膜、InGaN或AlGaN/GaN多量子阱以及p型掺杂GaN薄膜，所述InGaN或AlGaN/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；所述外延衬底为Si衬底、GaN衬底、Cu衬底、LSAT衬底或LiGaO2衬底；所述超高反射率的紫外通孔结构的LED芯片通过以下方法制备得到：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或AlGaN/GaN多量子阱，生长在InGaN或AlGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜；ITO电流扩展层制备步骤：在LED外延片表面使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，制备出ITO电流扩展层；退火步骤：将ITO电流扩展层放入退火炉中，进行退火；ITO电流扩展层开孔制备步骤：将退火后的ITO电流扩展层通过光刻及湿法腐蚀进行处理，获得ITO电流扩展层的开孔；分布式布拉格反射镜制备步骤：使用DBR蒸镀工艺，形成由SiO2和Ti3O5、SiN和Ti3O5、SiO2和TiO2以及SiN和Ti3O5中任意两种以ABAB的方式交替排列组成周期结构性薄膜，配合标准光刻工艺及湿法腐蚀工艺得到具有阵列微米孔的孔图形的分布式布拉格反射镜；腐蚀处理步骤：将分布式布拉格反射镜采用腐蚀液进行工艺处理，获得反射镜层的开孔；反射镜保护层沉积步骤：在反射镜层的开孔及其走道内利用磁控溅射工艺或者电子束蒸发工艺在布拉格反射镜表面沉积反射镜保护层；MESA孔蚀刻步骤：在反射镜保护层的开孔内由电感耦合等离子体刻蚀的方法得到MESA孔，所述MESA孔暴露出位于反射镜保护层的开孔底部的n型掺杂GaN薄膜层；第一绝缘层制备步骤：在MESA孔的开孔以及走道内由PECVD工艺形成第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖MESA孔的开孔及走道的底部和侧壁；再用腐蚀液对第一绝缘层进行处理，得到第一绝缘层的开孔；电极金属填充步骤：在第一绝缘层的开孔内填充N电极金属，所述N电极金属的上表面与第一绝缘层的上表面位于同一水平线；导电基板制备步骤：在第一绝缘层的表面采用镀铜液电镀一层铜箔作为导电基板，然后采用电感耦合等离子体刻蚀将n型掺杂GaN薄膜层的背面完全暴露出来，并用显影液对n型掺杂GaN薄膜层进行处理；第二绝缘层制备步骤：在处理后的n型掺杂GaN薄膜层表面制备第二绝缘层，并配合标准光刻及刻蚀工艺，在处理后的n型掺杂GaN薄膜层与反射镜层的开孔的垂直投影区域采用电感耦合等离子体干法刻蚀得到P电极金属开孔，在P电极金属开孔的区域形成P电极金属，P电极金属为Cr、Ni、Ti、TiW、Pt、Au中的一种或者任意组合，最后得到紫外通孔结构的LED芯片。2.如权利要求1所述的紫外通孔结构的LED芯片，其特征在于，所述Si衬底以(111)面为外延面。3.一种如权利要求1或2所述的紫外通孔结构的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或AlGaN/GaN多量子阱，生长在InGaN或AlGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜；ITO电流扩展层制备步骤：在LED外延片表面使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，制备出ITO电流扩...

【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