[发明专利]一种倒装深紫外LED芯片及其制作方法

说明书

本发明公开了一种倒装深紫外LED芯片及其制作方法，该倒装深紫外LED芯片包括增透层、蓝宝石衬底层、n型AlGaN层、多层量子阱有源层、p型AlGaN层以及p型GaN接触层；所述蓝宝石衬底层一侧依次层叠设置所述n型AlGaN层、多层量子阱有源层、p型AlGaN层以及p型GaN接触层，所述蓝宝石衬底层另一侧设置所述增透层；所述蓝宝石衬底层远离所述n型AlGaN层一侧经过粗化刻蚀后，沉积所述增透层。本发明通过对蓝宝石衬底层远离n型AlGaN层一侧进行粗化并沉积增透层，增加了光子逃逸几率，降低了界面全反射，从而实现了芯片光提取效率的提高。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是一种倒装深紫外LED芯片及其制作方法。

背景技术

紫外LED(简称UV-LED)主要应用在生物医疗、防伪鉴定、净化领域、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,如紫外LED光疗仪是未来很受欢迎的医疗器械,但是技术还处于成长期。

半导体深紫外光源在照明、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。以AlGaN材料为有源区的深紫外LED的发光波长能够覆盖210～365nm的紫外波段，是实现该波段深紫外LED器件产品的理想材料，具有其它传统紫外光源无法比拟的优势。

目前，深紫外LED的杀菌性能被世界关注，倒装深紫外LED芯片的需求暴增，由于高的技术壁垒、紧张的供应链资源，使得市场上的UVC产品价格昂贵。为了维持供应链的利益关系，同时降低单位光功率的价格，发挥技术提升的价值，提高芯片的出光效率是当下主要研究课题。

对于传统的深紫外LED芯片来说，外延结构中的P型GaN层对于UVC波段260～285nm有强吸收，也就是说UVC芯片在外延面一侧几乎不能出光，该侧出光会导致光子的严重损失，故UVC芯片一般需制作成倒装芯片，并从蓝宝石Al₂O₃衬底面进行光提取。由于蓝宝石Al₂O₃的折射率为1.7，出光到空气中，空气的折射率为1，有两方面的出光限制：其一，在蓝宝石出光界面处，全发射角之外的光全部反射回芯片内部，往外延面沉积方向传导，碰到P型GaN层就会被吸收；其二，全反射角以内的光，由于存在蓝宝石Al₂O₃(n＝1.7)和空气(n＝1)的界面，会产生界面反射，伴随着半波损失。由于上述限制因素，使传统的深紫外LED芯片出光效果受到制约，需要提出一种新的解决方案用于解决上述现有问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种倒装深紫外LED芯片及其制作方法，用于解决现有倒装深紫外LED芯片因衬底-空气界面处存在界面反射，而存在出光效果不佳的问题。

为解决上述技术问题，本发明所提供的第一解决方案为：一种倒装深紫外LED芯片，包括增透层、蓝宝石衬底层、n型AlGaN层、多层量子阱有源层、p型AlGaN层以及p型GaN接触层；蓝宝石衬底层一侧依次层叠设置n型AlGaN层、多层量子阱有源层、p型AlGaN层以及p型GaN接触层，蓝宝石衬底层另一侧设置增透层；蓝宝石衬底层远离n型AlGaN层一侧经过粗化刻蚀后，沉积增透层。

其中，粗化刻蚀的具体步骤包括：在蓝宝石衬底层远离n型AlGaN层一侧蒸镀一层金属层；在900～1000℃下对金属层退火1～2min，升温速率为15～25℃，得到自组装金属层；对沉积有自组装金属层的蓝宝石衬底层进行刻蚀，刻蚀完成后用溶液除去自组装金属层，得到粗化衬底面。

其中，对沉积有自组装金属层的蓝宝石衬底层进行刻蚀的步骤具体为：采用等离子刻蚀工艺，以BCl₃为刻蚀气体，对蓝宝石衬底层表面未被自组装金属层覆盖的区域进行刻蚀。

优选的，除去自组装金属层的溶液包括由浓硫酸、双氧水以及水按体积比5:1:1混合配成。

优选的，金属层的厚度为5～20nm。