[发明专利]采用减反膜降低垂直结构深紫外LED激光剥离能量阈值的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直结构深紫外(DUV)发光二极管(LED)器件的剥离方法，尤其涉及一种采用减反膜降低垂直结构深紫外LED激光剥离能量阈值的方法。

背景技术

UVC波段(波长在200nm～280nm)的DUV LED器件在杀菌、照明、通信等领域有广泛的应用。目前，目前主要受限于材料生长质量差、散热不良等因素的影响，在UVC波段的深紫外LED内量子效率(IQE)非常低(不超过10％)，深紫外垂直结构LED使电流在芯片内均匀分布，从而很好地解决了散热问题。基于激光剥离技术的DUV垂直结构LED器件结构，以其优异的电流扩展性能和良好的散热特性在固态照明领域，特别是在大功率、低IQE的UVCLED方面具有广泛的应用前景。

LED工作的基础是p-n结以及其间的多量子阱结构组成的电子和空穴发光区域。UVC垂直结构LED器件的外延结构通常以蓝宝石(Al₂O₃)为基底，在蓝宝石(0001)面用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)法沉积依次生长低温AlN缓冲层、u-AlGaN层、n-AlGaN层、多层量子阱及P-AlGaN层。然后用ICP刻蚀或湿法腐蚀的办法切割沟道，将芯片分割开来。在切割好的芯片P面上上蒸镀欧姆接触层、反射层、键合金属层，并在一定的温度和压力下与相应的金属沉底键合。用准分子激光剥离蓝宝石衬底后制作正负电极等。

激光剥离DUV垂直结构LED器件是采用准分子激光穿过蓝宝石衬底，在与蓝宝石交界面处的AlN层吸收光子并发生分解，实现AlN层与蓝宝石衬底层的剥离。由于AlN层属于超宽禁带半导体(禁带宽度为6.2eV)，激光剥离UVC LED技术的实现仍然面临很大的挑战。其中之一就是193nm分解AlN层需要极高的剥离能量阈值，受限于准分子激光器固有功率的限制，往往由于达不到剥离能量阈值而无法实现蓝宝石衬底的有效剥离。为了有效降低激光剥离UVC LED的剥离能量阈值，仍需要结构设计的创新。

现在一般采用的激光剥离方法是激光直接垂直穿过蓝宝石衬底照射AlN层，但由于蓝宝石衬底在193nm的折射率为1.83，根据垂直入射的菲涅尔透射公式T＝4n/(1+n)²，在经过蓝宝石/空气界面处时，有90％的激光透射入蓝宝石，但同时会有10％的激光被蓝宝石/空气界面反射回来。对于DUV垂直结构LED剥离工艺来说，如果能把这10％的交界面激光反射损耗尽量降到最低，对于进一步降低UVC垂直结构LED剥离能量阈值、较易实现DUV垂直结构LED激光剥离工艺具有重要意义。通常情况下，当激光能量达不到剥离阈值能量时，通过增大激光总体能量来实现蓝宝石衬底的剥离。然而，在激光剥离设备随着使用时长的增加出现较大能量衰减时，一味增大激光能量不仅增大设备的负荷、耗费能源，反而更加剧了激光能量的衰减，往往导致最终激光能量最终无法达到阈值剥离条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用减反膜降低垂直结构深紫外LED激光剥离能量阈值的方法，以应用于深紫外激光剥离垂直结构DUV LED蓝宝石衬底的工艺。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

采用减反膜降低垂直结构深紫外LED激光剥离能量阈值的方法，在垂直结构深紫外LED器件未剥离的蓝宝石衬底表面沉积减反膜，用于降低垂直结构深紫外LED器件的激光剥离能量阈值；

其中，减反膜是单层膜，或者是多层膜，多层膜是折射率渐变式多层薄膜，高低折射率交替的非周期性多层膜或者高低折射率交替的周期性多层膜。

本发明进一步的改进在于，具体包括以下步骤：

1)采用金属有机化学气相沉积的方法，在蓝宝石衬底上依次生长低温AlN缓冲层、不掺杂AlGaN层、N型掺Si的AlGaN层、多量子阱AlGaN/AlGaN层、P型掺Mg的AlGaN层和P型掺Mg的GaN层，形成AlGaN深紫外外延片；

2)将所述AlGaN深紫外外延片通过光刻胶掩膜干法刻蚀形成台面；

3)在AlGaN深紫外外延片台面的P型上表面依次蒸镀欧姆接触层、反光层和键合层；

4)通过金属键合工艺将上述AlGaN深紫外外延片翻转粘合到导电、导热衬底上；

5)在蓝宝石衬底表面沉积减反膜；

6)准分子激光从蓝宝石衬底表面辐照上述AlGaN深紫外外延片，进而剥离掉蓝宝石衬底。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，多量子阱AlGaN/AlGaN层的发光波长为200nm-280nm。