[发明专利]一种垂直结构深紫外LED芯片的制造方法

说明书

本发明公开了一种垂直结构深紫外LED芯片的制造方法。具体为：将p‑GaN欧姆接触层利用激光直写工艺加工成网格状结构，并使用了一种高反射率的p型低阻欧姆接触Ni/Al电极与p‑GaN网格进行欧姆接触，形成了较好的欧姆接触。然后通过在Ni/Al p电极导电层与外延层的n‑AlGaN层之间刻蚀沟槽阵列和内反射镜沟槽阵列，得到蜂窝状结构，Al层作为反射镜沉积在内反射镜沟槽侧壁，从而得到蜂窝状内反射器结构。通过用网格状透明p‑GaN层取代传统深紫外LED中的p‑GaN层和设计蜂窝状内反射器结构，实现了对LED有源层横向传播光子的出射，减少了深紫外LED芯片中有源区的损失，大大提高了芯片的光提取效率。

技术领域

本发明属于半导体发光器件技术领域，特别是涉及一种垂直结构深紫外LED芯片的制造方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diodes，简称“LED”)作为一种新型的高效固态光源，因其具有效率高、寿命长、节能环保、色彩丰富等特点广泛应用于固态照明、交通、军事以及医疗等领域。随着LED技术的逐渐成熟和产业化市场化的需要，对LED器件的发光效率及其他性能也有了更加严格的要求。紫外LED作为LED的一个分支，虽不能照明但具备LED的所有优势，理论上可以替代所有传统紫外光源，极大地拓展了LED的应用领域。最常见的紫外线主要是来源于太阳辐射，根据波长可把紫外线分为长波紫外线(ultraviolet A，UVA)、中波紫外线(ultraviolet B，UVB)和短波紫外线(ultraviolet C，UVC)，波长分别为320～400nm，280～320nm，100～280nm。能够到达地球表面的紫外线主要包括长波紫外线UVA和中波紫外线UVB，而短波紫外线UVC基本都被大气中的臭氧层吸收(因此UVC属于日盲区)。

1997年，日亚化学成功研发世界首个发光波长为371nm的GaN基紫外发光LED。2003年，美国SETi公司开发出波长为280nm的A1GaN基深紫外LED。2014年10月24日，诺贝尔物理学奖获得者之一天野浩在记者见面会上介绍了自己正在进行的研究，其中包括波长为250～350nm左右的深紫外LED。目前深紫外LED芯片是指发光波长在200-350nm范围内的LED芯片，是进入蓝光时代后的又一项重大突破，其技术逐渐成熟和成本下降将使得紫外LED应用更加广泛。

深紫外光被广泛应用于水净化、空气净化、紫外通讯、食品加工保鲜、甲醛处理、生化检测以及医疗等多个领域，而过去该波段光源主要由汞灯提供，而LED灯在环保、节能、轻便等方面均远远优于传统汞灯，具有极大的市场和全新的应用场景。随着紫外LED的发光功率的提升和成本的下降，未来紫外LED的应用会更加广泛，比目前的蓝光LED更加突出，将成为本世纪最具影响力的半导体产品之一。近年来国外已有少量深紫外LED芯片出售，其售价是普通蓝光LED芯片的1000倍以上，国内该领域仍处于研发阶段，尚无产品出售。

尽管深紫外LED比紫外灯更具有成本效益和环保性，由于其光输出功率低，无法轻易取代紫外灯。由于AlGaN基深紫外LED芯片中光提取效率(LEE)低且外延结晶缺陷高，导致其光输出功率和外量子效率(EQE)低。随着发射波长的减小，平行于蓝宝石c面传播的横磁(TM)偏振光占主要部分，从多量子阱传播路径较长，光损耗较大而导致光提取效率降低，同时高阻值的AlGaN层和芯片内部倾斜角引起的电流拥挤现象也会影响TM偏振光的传播。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种垂直结构深紫外LED芯片的制造方法，进一步提升了垂直结构深紫外LED芯片的出光效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种垂直结构深紫外LED芯片的制造方法，具体包括以下步骤：