紫外线(UV)光源用于水消毒、紫外线固化、光疗等多种应用。紫外线二极管预计将取代传统的紫外线光源，如汞气体放电灯，因为它体积小、耐用、环保材料和可选的发射波长。然而，紫外发光二极管的功率转换效率低于350纳米，强烈限制了其广泛应用。光提取效率是限制功率转换效率的主要因素之一，可以通过薄膜倒装芯片(TFFC)改进设计。
用于去除衬底AlGaN选择性电化学蚀刻是热分解的替代方案。这已被用于横向蚀刻氮化镓和低铝AlGaN层，用于制造蓝色区域发光膜发光二极管、第三氮化物膜转移和光子晶体结构。电化学蚀刻对加工设备要求低，可采用标准电镀工具完成。这与基于带隙选择性吸收的光电化学蚀刻形成对比。因此，光电化学蚀刻需要更复杂的设置和特定波长的均匀照明。牺牲层和器件层不仅要像在电化学蚀刻中那样根据选择性电流流动来设计。
UVB发光二极管的外延层结构包括电化学蚀刻所需的层，如图1所示。结构为3×2英寸的紧密耦合的喷淋式反应器中使用标准前体三甲基铝(TMAl)，三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)和氨(NH3)氢或氮作为载气。硅烷(SiH4)用作n-环戊二烯基镁掺杂剂源(Cp2Mg)用作p-掺杂剂。首先，用AlN/AlGaN氮化铝/蓝宝石衬底生长超晶格，硅浓度为21018cm-3的4 lm厚的松豫硅混合Al0.5Ga0.5N层，完成准衬底。此后，硅浓度为21019cm-3的130 nm厚的铝0.37Ga0.63N:硅牺牲层夹在硅浓度下降0.51018cm-3的两个240 nm厚的铝0.5Ga0.5N:在硅蚀刻停止层之间。最重要的是发光二极管硅电流扩散层的生长。
图1 UVBLED通过电化学蚀刻去除衬底所需的外延结构和层
电子束在样品的一端蒸发N2气氛中于900℃退火1分钟。然后在双台上蒸发50纳米钯-磷接触N2气氛中于550℃退火1分钟。二氧化硅层用溅射沉积在样品上，以保护掺杂的外延发光二极管层免受寄生蚀刻。在第一个干蚀刻步骤中，二氧化硅层被蚀刻在台面旁边，以获得更薄的绳层。同时，1 lm所有厚度保持在台面顶部，以便在台面顶部和样品表面之间产生更大的距离，从而促进组合。
二氧化硅层在三个不同的位置打开：在台面顶部靠近p接触层，在台面边缘暴露牺牲层，在用于电化学蚀刻的n接触焊盘上。然后，钛/金焊盘通过倾斜电子束蒸发沉积在台面上，用于键合和接触。p表面处理后的设备结构如图2所示(a)所示。
用电化学蚀刻横向去除牺牲层，从衬底上释放发光二极管。在此步骤中，样品浸入0.3 M如图2所示，硝酸在三电极装置中与生物恒电位仪电连接(b)。保护与样品的电连接免受电解液的影响，防止寄生蚀刻。使用石墨棒作为参考电极驱动所需的电流通过样品，以实现相对于银/氯化银参考电极的设定电位。用磁搅拌棒搅拌电解质，在室温下蚀刻，无需故意照明。选择25伏蚀刻电压对银/氯化银的参考电极，完全去除 n掺杂Al0.37Ga0.63N牺牲层。
与两侧的蚀刻阻挡层相比，牺牲层的低铝成分和高掺杂将蚀刻局限于仅牺牲层。由于牺牲层仅暴露在台面一侧的电解质中，蚀刻在一步中从一个方向穿过台面，如图2所示(c)。二氧化硅侧壁保护进一步保证了整个电化学蚀刻过程中良好的电流和恒定的蚀刻条件，如图2所示(c)和2(d)。蚀刻过程结束后，将样品浸泡在去离子水中1分钟，溶解酸残留物，然后浸泡在异丙醇中，以减少膜在空气中干燥时的任何力。蚀刻不足的发光二极管由二氧化硅系绳固定。热压接合用于倒装芯片接合未蚀刻的膜发光二极管。键合前，用紫外臭氧清洗钛/金(10/300纳米)键合层和硅载体芯片上的键合金属表面。然后用内部设计的不锈钢压缩夹将芯片压在一起300℃将烘箱放置2小时，如图3所示(a)。
图3 (a)真空烘箱中的倒装芯片键合，以及(b)n接触退火前薄倒装芯片发光二极管的示意图和光学显微镜图像
对于n型接触的目的是通过聚焦离子束切割过聚焦离子束切割获得TFFC发光二极管的横截面扫描电镜图像显示了清晰的器件层和光滑的蚀刻表面，如图4所示。此外，设备层没有显示电化学蚀刻工艺多孔化的迹象。发光二极管层和蚀刻停止层的掺杂水平、厚度和铝成分相对于牺牲层和蚀刻电压的不当组合将导致孔径为50纳米-100纳米的不期望的多孔化，这在横截面扫描电镜图像中是清晰可见的。
电压与电流密度的关系揭示了发光二极管的高微分电阻约为3 A/cm2时为63 kX。这归因于高电阻n型触点as制造工艺没有优化N极背面，具有低n混合物，并受到有限退火温度的阻碍，以避免损坏发光二极管和p接触的可能退化。这些问题可以通过不同的工艺流程来解决，其中n接触可以在p接触前退火。
总之，我们展示了一种薄膜倒装UVB发光二极管，通过去除衬底AlGaN实现了牺牲层的横向电化学蚀刻。发光二极管结构不受衬底去除技术的影响，通过适当设计蚀刻停止层和器件层的牺牲层(掺杂水平、厚度和铝成分)以及蚀刻电压的选择。电致发光光谱显示膜倒装发光二极管在311纳米处有一个单一的峰值发射，对应于生长发光二极管结构的发射波长，表明膜倒装过程中没有引入或释放明显的应变。发光二极管的高串联电阻归因于非优化退火温度引起的高接触电阻和低掺杂，N极AlGaN上N接触。可选工艺流程，其中n触点在p接触前退火，应能解决此问题。开发的薄膜工艺不限于紫外线发光二极管，也可用于深紫外线发光二极管等设备，如紫外线垂直腔表面发射激光得益于高质量ⅲ族氮化物器件层与其它结构(如介质分布拉格反射器)集成。