[發(fā)明專利]一種高發(fā)光效率的垂直結構LED芯片及其制備方法

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• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107507892A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設計）人: 李國強;張子辰;張云鵬;郭曉萍;曾禹;黃振強
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/06;H01L33/20;H01L33/32;H01L33/46
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 陳智英

1.一種高發(fā)光效率的垂直結構LED芯片，其特征在于：自下而上依次包括導電襯底、金屬鍵合層、金屬反射層、p型GaN層、InGaN/GaN量子阱層和n型GaN層，所述n型GaN層上設有n電極，未被n電極覆蓋的n型GaN層上設有ZnO納米柱層。

2.根據權利要求1所述高發(fā)光效率的垂直結構LED芯片，其特征在于：所述金屬鍵合層為Sn/Au鍵合層且Au層靠近導電襯底，所述金屬反射層為Ni/Ag/Ni/Au反射層且Au層靠近金屬鍵合層，所述n電極為Cr/Pt/Au電極層且Cr層靠近n型GaN層。

3.根據權利要求2所述高發(fā)光效率的垂直結構LED芯片，其特征在于：所述金屬反射層為Ni/Ag/Ni/Au反射層，其中Ni層的厚度都為0.1～10nm，Ag層的厚度為10～200nm，Au層的厚度為10～200nm；

所述金屬鍵合層為Sn/Au鍵合層，其中Sn層的厚度為0.1～3μm，Au層的厚度為10～200nm；

所述n電極金屬為Cr/Pt/Au層，其中Cr層的厚度為10～200nm，Pt層的厚度為5～100nm，Au層厚度為10～100nm。

4.根據權利要求1所述高發(fā)光效率的垂直結構LED芯片，其特征在于：所述n型GaN層的厚度為1～5μm；所述InGaN/GaN量子阱層為5～15個周期的InGaN阱層/GaN壘層，其中InGaN阱層的厚度為1～5nm；GaN壘層的厚度為1～20nm；所述p型GaN層的厚度為100～350nm。

5.根據權利要求1所述高發(fā)光效率的垂直結構LED芯片，其特征在于：所述導電襯底中未被金屬鍵合層覆蓋的表面設有保護層。

6.根據權利要求5所述高發(fā)光效率的垂直結構LED芯片，其特征在于：所述保護層為Pt；其厚度為20～300nm。

7.根據權利要求1～6任一項所述高發(fā)光效率的垂直結構LED芯片的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)在Si襯底上外延生長LED外延片，包括生長在Si襯底上的非摻雜GaN層，生長在非摻雜GaN層上的n型GaN層，生長在n型摻雜GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱，生長在InGaN/GaN量子阱上的p型GaN層；所述Si襯底以(111)面為外延面；所述非摻雜GaN層的厚度為100～300nm；所述n型GaN層的厚度為1～5μm；所述InGaN/GaN量子阱為5～15個周期的InGaN阱層/GaN壘層，其中InGaN阱層的厚度為1～5nm；GaN壘層的厚度為1～20nm；所述p型GaN層的厚度為100～350nm；

(2)在LED外延片表面蒸鍍金屬反射層即p型GaN層上依次蒸鍍Ni層、Ag層、Ni層和Au層，所述Ni/Ag/Ni/Au層為金屬反射層，其中Ni層的厚度為0.1～10nm，Ag層的厚度為10～200nm，Au層的厚度為10～200nm；接著對蒸鍍后的金屬反射層進行高溫退火，退火氛圍為空氣，高溫退火的條件為：溫度為100～600℃，時間為10～300秒；然后在金屬反射層的表面依次蒸鍍金屬鍵合層即依次蒸鍍Sn層、Au層，所述金屬鍵合層為Sn/Au鍵合層，其中Sn層的厚度為0.1～3μm，Au層的厚度為10～200nm；

(3)使用金屬高溫高壓鍵合的方式通過金屬鍵合層將LED外延片轉移至導電的Si(100)襯底上；接著，在鍵合后的Si(100)襯底上蒸鍍Pt作為金屬保護層，其厚度為20～300nm；

(4)使用化學腐蝕方法剝離靠近非摻雜GaN層上的Si(111)襯底；采用ICP刻蝕法去除非摻雜GaN層；隨后，在n型GaN層上通過勻膠、光刻、顯影制備n電極圖案；使用電子束蒸發(fā)設備，根據n電極圖案在n型GaN層上沉積n電極金屬即依次沉積Cr層、Pt層、Au層；所述n電極金屬為Cr/Pt/Au層，其中Cr層的厚度為10～200nm，Pt層的厚度為5～100nm，Au層厚度為10～100nm；去除多余電極金屬，制備出垂直結構LED芯片；

(5)在垂直結構LED芯片表面制備ZnO納米柱：將芯片浸入硝酸鋅和六亞甲基四胺混合溶液中，將芯片和混合溶液置入聚四氟乙烯內襯的反應釜中進行水熱反應；隨后取出芯片并在去離子水中超聲清洗然后烘干，在真空下對芯片進行退火處理，得到高發(fā)光效率的垂直結構LED芯片。