[發明專利]一種高發光效率的垂直結構LED芯片及其制備方法

在審

• 申請號: 201710743693.7
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107507892A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（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

技術領域

本發明屬于LED的技術領域，涉及一種高發光效率的垂直結構LED芯片及提高該垂直結構LED芯片發光效率的制備方法，特別涉及使用ZnO納米柱提高垂直結構LED芯片發光效率的制備方法。

背景技術

GaN基LED以其更低能耗、更長壽命、更高發光效率逐步取代了傳統照明器件。傳統的LED是在藍寶石襯底上制備的水平結構LED器件，其電流在電極間橫向傳輸。由于藍寶石襯底不導電，因此LED電極處在芯片的同側，這樣不僅需要刻蝕部分GaN薄膜制備p電極，而且金屬電極沉積在芯片發光面上，會導致電極遮光現象。另外，藍寶石襯底熱導率較低，也限制了LED芯片在大功率領域的應用。為了解決上述問題，研究人員采用轉移襯底技術，將原有LED外延片通過電鍍、鍵合等方式轉移至Si、金屬等導電襯底上，使得電流在垂直方向上傳輸，即垂直結構LED芯片。這樣不僅可以使芯片電極分布在上下兩個表面，而且有效增加LED芯片的熱導率，使之適應大功率領域的應用。

雖然垂直結構設計大幅提高了LED芯片的壽命和應用范圍，但由于GaN與空氣的折射率差較大，使得LED內部發出的光會在界面處發生嚴重的全反射效應，大部分的光最終會以熱輻射的方式浪費掉，只有少數光可以射出芯片表面，從而導致LED芯片光提取效率較低。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種高發光效率垂直結構LED芯片，該芯片的表面生長有ZnO納米柱。ZnO納米柱提高了垂直結構LED芯片的發光效率。

本發明的另一目的在于提供上述高發光效率垂直結構LED芯片的制備方法。本發明在垂直結構LED芯片表面制備ZnO納米柱，提高了垂直結構LED芯片的光提取效率。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種高發光效率的垂直結構LED芯片，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。

所述導電襯底為Si(100)襯底層，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。

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。

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。

所述導電襯底中未被金屬鍵合層覆蓋的表面設有保護層，所述保護層為Pt；其厚度為20～300nm。

所述高發光效率的垂直結構LED芯片的制備方法(即ZnO納米柱提高垂直結構LED芯片的制備方法)，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((111)是指Si的晶面)為外延面；所述非摻雜GaN層的厚度為100～300nm；所述n型GaN層(n型摻雜GaN薄膜)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(p型摻雜GaN薄膜)的厚度為100～350nm；