[發(fā)明專利]基于絕緣襯底的納米柱LED芯片及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811539285.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN111326610A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志強(qiáng);任芳;張碩;尹越;王蘊(yùn)玉;梁萌;伊?xí)匝?/a>;袁國棟;王軍喜;李晉閩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L33/40;B82Y10/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 張宇園

本發(fā)明公開了一種基于絕緣襯底的納米柱LED芯片及其制備方法，該芯片包括：絕緣襯底；石墨烯層，生長于絕緣襯底上；納米柱LED，間隔生長在所述石墨烯層上，所述納米柱LED自襯底至上包括：n?GaN層、多量子阱發(fā)光層和p?GaN層；SOG填充物，填充在所述納米柱LED的間隔及周圍部分，用于隔離納米柱LED，避免短路；氧化銦錫透明導(dǎo)電層，連接所述納米柱LED的p?GaN層及所述SOG填充物，實(shí)現(xiàn)電流擴(kuò)展；以及p/n電極，實(shí)現(xiàn)絕緣襯底上納米柱LED芯片制備。本發(fā)明借助石墨烯緩沖層，在絕緣襯底上通過光刻工藝，在納米柱生長之前覆蓋n電極區(qū)域，生長之后暴露出n電極區(qū)域的石墨烯層以做n電極的電流擴(kuò)展層，實(shí)現(xiàn)絕緣襯底上納米柱n電極的引出。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及照明技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于絕緣襯底的納米柱LED芯片制備方法。

背景技術(shù)

近年來，GaN納米柱已經(jīng)成為納米光電子領(lǐng)域中的重要課題。由于同質(zhì)襯底價(jià)格昂貴，一般采用異質(zhì)外延的方法生長GaN，而納米柱因?yàn)槠涓叩目v橫比和大的表面積比，可以降低納米柱上部的位錯(cuò)密度，緩解由晶格失配、熱膨脹失配引起的應(yīng)變，提高外延材料的晶體質(zhì)量。此外，GaN基納米柱LED，尤其是core-shell結(jié)構(gòu)的納米柱LED，在固態(tài)照明也有著十分重要的意義和前景。據(jù)報(bào)道，與傳統(tǒng)的平面LED相比，三維結(jié)構(gòu)的core-shell納米柱LED結(jié)構(gòu)有源區(qū)面積大大增加且取向?yàn)榉菢O性面，能夠有效增加發(fā)光效率。與此同時(shí)，石墨烯作為一種二維材料，因?yàn)橛兄叩碾妼?dǎo)率、熱導(dǎo)率以及機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性而受到了越來越多的關(guān)注，在其上的范德華外延不需要滿足生長材料與下面的2D材料之間的晶格失配，可降低由晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力，降低缺陷密度，提高材料質(zhì)量。與傳統(tǒng)薄膜LED結(jié)構(gòu)相比，在石墨烯上直接生長GaN納米柱結(jié)構(gòu)可以省去低溫緩沖層工藝，節(jié)省工藝時(shí)間，且可以有效減小外延層的缺陷密度。

由于GaN的六方結(jié)構(gòu)，通常選擇藍(lán)寶石作為外延襯底，然而由于藍(lán)寶石導(dǎo)電性較差，且在其上直接生長的納米柱沒有連續(xù)的n型層，導(dǎo)致n電極無法直接引出。而激光剝離等技術(shù)雖然可以將外延層從襯底剝離，但工藝繁雜，且涉及到后續(xù)的轉(zhuǎn)移問題。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于，提供一種基于絕緣襯底的納米柱LED芯片及其制備方法，能以較低的成本和工藝難度，解決絕緣襯底上納米柱n電極的引出問題。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供了一種基于絕緣襯底的納米柱LED芯片，包括：

絕緣襯底；

進(jìn)一步的，絕緣襯底為藍(lán)寶石襯底、石英或其他絕緣且能在其上范德華外延出氮化物材料的襯底。

石墨烯層，生長于該絕緣襯底上；

進(jìn)一步的，石墨烯層為單層石墨烯或2-4層的石墨烯。

納米柱LED，間隔生長在石墨烯層上，該納米柱LED自襯底至上包括：n-GaN層、多量子阱發(fā)光層和p-GaN層；

進(jìn)一步的，n-GaN層為納米柱LED的主體部分；

多量子阱發(fā)光層為A1GaN/GaN或InGaN/GaN量子阱發(fā)光層；

p-GaN層用于歐姆接觸。

SOG填充物，填充在納米柱LED的間隔及周圍部分，用于隔離納米柱LED，避免短路；

氧化銦錫透明導(dǎo)電層，連接納米柱LED的p-GaN層及SOG填充物，實(shí)現(xiàn)電流擴(kuò)展；

進(jìn)一步的，氧化銦錫透明導(dǎo)電層及SOG填充物共同作用完全包圍納米柱LED。

以及，p/n電極，實(shí)現(xiàn)絕緣襯底上納米柱LED芯片制備。

進(jìn)一步的p電極與氧化銦錫透明導(dǎo)電層相連，n電極與石墨烯相連。