[發明專利]一種雙插入層反射鏡結構的垂直結構LED芯片及其制備方法

在審

• 申請號: 201711396712.X
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108511568A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 李國強
• 申請（專利權）人: 河源市眾拓光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/46;H01L33/00
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 邵穗娟;湯喜友

1.一種雙插入層反射鏡結構的垂直結構LED芯片，其特征在于，包括Si襯底、LED外延片、反射鏡第一插入金屬層、納米Ag反射鏡和反射鏡第二插入金屬層；

所述LED外延片生長在Si襯底上，所述反射鏡第一插入金屬層生長在LED外延片表面，所述納米Ag反射鏡生長在反射鏡第一插入金屬層表面，所述反射鏡第二插入金屬層生長在納米Ag反射鏡表面；

所述LED外延片包括n型摻雜GaN薄膜、InGaN/GaN量子阱和p型摻雜GaN薄膜；所述n型摻雜GaN薄膜生長在Si襯底上，所述InGaN/GaN量子阱生長在n型摻雜GaN薄膜上，所述p型摻雜GaN薄膜生長在InGaN/GaN量子阱上；

所述反射鏡第一插入金屬層的材料為Cr、Ni、Ti、Pt、Pd、In、Au、NiO、TiO、ZnO、ITO、AZO、GIO或石墨烯，上述金屬層材料分為不透明金屬層和透明氧化物層，不透明金屬層蒸發的厚度為0.01～20nm，透明氧化物層蒸發的厚度為1～200nm；

所述反射鏡第二插入金屬層的材料為Ni、Ti、Pt、Au、W、Mg、In、Al、Cu或TiW，上述金屬分為惰性金屬和活潑金屬，惰性金屬的厚度為10～200nm，活潑金屬的厚度為100～600nm；

所述納米Ag反射鏡的厚度為25～300nm。

2.如權利要求1所述的雙插入層反射鏡結構的垂直結構LED芯片，其特征在于，所述n型摻雜GaN層的厚度為1～4μm；所述InGaN/GaN量子阱為1～10個周期的InGaN阱層/GaN壘層，其中InGaN的厚度為1～7nm，GaN壘層的厚度為1～15nm；所述p型摻雜GaN薄膜的厚度為100～400nm。

3.一種如權利要求1或2所述的雙插入層反射鏡結構的垂直結構LED芯片的制備方法，其特征在于包括，

LED外延片生長步驟：首先在Si襯底上外延生長LED外延片，Si襯底以(111)面為外延面，LED外延片包括生長在Si襯底上的n型摻雜GaN薄膜，生長在n型摻雜GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱以及生長在InGaN/GaN量子阱上的p型摻雜GaN薄膜；

生長反射鏡第一插入金屬層步驟：在LED外延片表面，蒸鍍反射鏡第一插入金屬層；

生長納米Ag反射鏡步驟：在第一插入金屬層表面采用電子束蒸發的方式蒸發納米Ag反射鏡；

生長反射鏡第二插入金屬層步驟：在納米Ag反射鏡表面生長反射鏡第二層插入金屬層；

反射鏡退火步驟：將納米Ag反射鏡在快速退火爐內進行退火；

鍵合及襯底轉移步驟：對退火后的納米Ag反射鏡先蒸鍍保護層金屬，再蒸鍍鍵合金屬，使用金屬鍵合的方式將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，再剝離原有外延Si襯底，對剝離后的芯片表面使用ICP刻蝕去除芯片緩沖層；

制備PA層及n電極步驟：通過PECVD沉積SiO₂鈍化層，再采用標準光刻工藝依次制備LED芯片n電極圖案；再使用電子束蒸發設備，在外延片上表面依次沉積n電極金屬，最后去除多余電極金屬，得到垂直結構LED芯片。

4.如權利要求3所述的雙插入層反射鏡結構的垂直結構LED芯片的制備方法，其特征在于，反射鏡退火步驟中，退火氛圍為N₂和O₂混合氣，N₂和O₂的體積比為(20～1)：1；退火溫度為300～600℃，退火時間為10～300秒。

5.如權利要求3所述的雙插入層反射鏡結構的垂直結構LED芯片的制備方法，其特征在于，鍵合及襯底轉移步驟中，保護層金屬為Cr、Pt和Au；鍵合金屬為Au和Sn，其中Sn的厚度為0.1～3μm，Au的厚度為10～200nm；金屬鍵合的溫度為200～500℃，鍵合時間為3～20分鐘；金屬保護層的厚度為20～300nm；使用腐蝕溶液剝離原有外延Si襯底，腐蝕溶液為氫氟酸與硝酸的混合液，氫氟酸與硝酸的體積比為(0.1～1):1。