镓酸锂衬底上的垂直结构非极性LED芯片及其制备方法技术

技术编号:14760201 阅读:12 留言:0更新日期:2017-03-03 10:10
本发明专利技术公开了镓酸锂衬底上的垂直结构非极性LED芯片及其制备方法,该方法在镓酸锂衬底上生长LED外延片,包括生长在镓酸锂衬底上的GaN缓冲层,在GaN缓冲层上的非掺杂GaN层,在非掺杂GaN层上的n型掺杂GaN薄膜,在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱,在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜。接着在LED外延片表面通过匀胶、光刻、显影、清洗步骤制备电极图案,在外延片上表面依次沉积电极金属。随后将LED外延片转移至铜衬底上。接着用HCl溶液将原有镓酸锂衬底剥离,制备二氧化硅保护层,将电极对应部分暴露出来,再将电极上的SiO2腐蚀掉,形成完整的垂直结构LED芯片。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及垂直结构LED芯片领域,特别涉及镓酸锂(LiGaO2)衬底上的垂直结构非极性LED芯片及其制备方法。
技术介绍
发光二极管(LED)作为一种新型固体照明光源和绿色光源,具有体积小、耗电量低、环保、使用寿命长、高亮度、低热量以及多彩等突出特点,在室外照明、商业照明以及装饰工程等领域都具有广泛的应用。目前,产业化的LED大多采用蓝宝石作为衬底,但由于蓝宝石本身不导电,因此制备的LED芯片其电流流动方向为水平方向,即水平结构LED。水平结构LED因其工序简单,产业规模已形成,得到了广泛的应用。然而因电流在水平方向受到瓶颈抑制效应,导致水平结构LED光效很难被提高。相应的垂直结构则很好的解决了电流分布问题,当前已有的垂直结构为蓝宝石衬底为基础的垂直结构。然而蓝宝石衬底垂直结构LED芯片需要经过激光剥离衬底,不仅成本增加,而且工序复杂,往往会导致良品率降低。并且其应用也往往受到各种专利限制。因此急需寻找一种新型衬底制备LED垂直结构芯片。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足,本专利技术的目的在于提供一种镓酸锂衬底上的垂直结构非极性LED芯片及其制备方法,具有制备工艺简单,满足垂直结构电流分布的优点。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。首先在镓酸锂衬底上生长LED外延片,包括生长在镓酸锂衬底上的GaN缓冲层,生长在GaN缓冲层上的非掺杂GaN层,生长在非掺杂GaN层上的n型掺杂GaN薄膜,生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱,生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜。所述镓酸锂衬底衬底以(100)面为外延面。所述GaN缓冲层的厚度为30~90nm;所述非掺杂GaN层的厚度为100~300nm;所述n型掺杂GaN薄膜的厚度为1~3μm;所述InGaN/GaN量子阱为1~10个周期的InGaN阱层/GaN垒层,其中InGaN阱层的厚度为3~7nm;GaN垒层的厚度为1~5nm;所述p型掺杂GaN薄膜的厚度为100~300nm。接着,在LED外延片表面通过匀胶、光刻、显影、清洗等步骤依次制备电极图案,使用电子束蒸发设备,在外延片上表面依次沉积电极金属。随后使用电镀铜衬底转移技术将LED外延片转移至铜衬底上。接着使用一定浓度HCl溶液将原有镓酸锂衬底剥离。等离子体增强化学气相沉积方法制备二氧化硅(SiO2)保护层,其后再次通过匀胶、光刻、显影步骤将电极对应部分暴露出来,通过化学腐蚀方法,将电极上的SiO2腐蚀掉,最终形成完整的垂直结构LED芯片。上述镓酸锂衬底上的垂直结构非极性LED芯片的制备方法,包括如下步骤:(1)在镓酸锂衬底上生长LED外延片,包括生长在镓酸锂衬底上的GaN缓冲层,生长在GaN缓冲层上的非掺杂GaN层,生长在非掺杂GaN层上的n型掺杂GaN薄膜,生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱,生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜;(2)将步骤(1)所得LED外延片依次置于丙酮、乙醇溶液、去离子水中超声,拿出后经去离子水清洗,清洗后用高纯氮气吹干;(3)对清洗后的LED外延片涂抹光刻胶,随后将涂有光刻胶的外延片放置在光刻机中进行曝光,最后将曝光后的外延片浸泡在显影液中;(4)对LED外延片进行电极制备:将步骤(3)所得涂有光刻胶的LED外延片放入电子束蒸发的设备中,对蒸发腔体抽真空,随后依次蒸镀电极金属,蒸镀结束后,对LED芯片进行退火;(5)对LED外延片进行衬底转移:对制备好电极的外延片依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中超声,拿出后经去离子水清洗,随后放入硫酸中进行样品活化,随后将外延片放入硫酸铜溶液中进行电镀;(6)使用HCl溶液对原有镓酸锂衬底进行腐蚀剥离;(7)使用等离子体增强化学气相沉积方法制备二氧化硅保护层:在步骤(6)所得LED芯片表面沉积SiO2保护层,随后使用匀胶、曝光、显影等步骤,在LED芯片表面制备掩模板,将电极图案上的SiO2暴露出来;(8)使用湿法刻蚀的方法,将暴露出来的SiO2刻蚀掉,最后将LED芯片放入去胶液中浸泡,得镓酸锂衬底上的垂直结构非极性LED芯片。优选的,步骤(1)所述镓酸锂衬底以(100)面为外延面;所述GaN缓冲层的厚度为30~90nm;所述非掺杂GaN层的厚度为100~300nm;所述n型掺杂GaN薄膜的厚度为1~3μm;所述InGaN/GaN量子阱为1~10个周期的InGaN阱层/GaN垒层,其中InGaN阱层的厚度为3~7nm,GaN垒层的厚度为1~5nm;所述p型掺杂GaN薄膜的厚度为100~300nm。优选的,步骤(2)和步骤(5)所述超声的时间均为5~15分钟优选的,步骤(3)所述光刻胶的厚度为0.1~1微米;所述曝光的时间为0.1秒~1秒;所述浸泡的时间为150~250分钟。优选的,步骤(4)所述抽真空至1~5×10-5Pa;所述退火的温度为300℃~500℃,退火的时间为150~250分钟。优选的,步骤(5)所述硫酸的浓度为10~30wt%;所述硫酸铜溶液的浓度为100-200g/l;所述电镀的时间4-6h。优选的,步骤(6)所述HCl溶液的浓度为10~50wt%%;所述腐蚀的时间为1-3h。优选的,步骤(7)在LED芯片表面沉积SiO2保护层,真空度为1~5×10-5Pa,沉积时间50~150分钟。优选的,步骤(8)所述浸泡的时间100~300分钟。由以上所述的制备方法制得的镓酸锂衬底上的垂直结构非极性LED芯片。与现有技术相比,本专利技术具有以下优点和有益效果:(1)本专利技术使用镓酸锂作为衬底,相较于蓝宝石衬底,镓酸锂具有良好的导电性,利于制备垂直结构LED芯片。(2)本专利技术使用镓酸锂作为衬底,相较于蓝宝石激光剥离衬底,制备的垂直结构LED芯片,使用电镀铜方式进行衬底转移。大幅降低了LED芯片制造成本。(3)本专利技术采用与GaN晶格失配和热失配度低的镓酸锂作为衬底,能够有效的减少热应力,减少位错的形成,制备出高质量GaN薄膜,有利提高载流子的辐射复合效率,可大幅度提高氮化物器件如半导体激光器、发光二极管及太阳能电池的发光效率。附图说明图1是实施例1制备的LED芯片的截面示意图。图2是实施例1制备的LED芯片的低温和室温光致发光光谱图(PL)。图3是实施例1制备的LED芯片的电流-光功率图谱(L-I)。具体实施方式下面结合实施例,对本专利技术作进一步地详细说明,但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1镓酸锂衬底上的垂直结构非极性LED芯片的制备方法,包括以下步骤:(1)采用脉冲激光沉积工艺,在镓酸锂衬底上生长LED外延片,包括生长在镓酸锂衬底上的GaN缓冲层,生长在GaN缓冲层上的非掺杂GaN层,生长在非掺杂GaN层上的n型掺杂Si的GaN薄膜,其掺杂浓度为1.0×1019cm-3,生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱,生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂Mg的GaN薄膜,其掺杂浓度为1.0×1017cm-3。所述镓酸锂衬底以(100)面为外延面。所述GaN缓冲层的厚度为30nm;所述非掺杂GaN层的厚度为100nm;所述n型掺杂Si的GaN薄膜的厚度为1μm;所述InGaN/GaN量子阱为10个周期的InGaN阱层/GaN垒层,本文档来自技高网...
镓酸锂衬底上的垂直结构非极性LED芯片及其制备方法

【技术保护点】
镓酸锂衬底上的垂直结构非极性LED芯片的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)在镓酸锂衬底上生长LED外延片,包括生长在镓酸锂衬底上的GaN缓冲层,生长在GaN缓冲层上的非掺杂GaN层,生长在非掺杂GaN层上的n型掺杂GaN薄膜,生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱,生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜;(2)将步骤(1)所得LED外延片依次置于丙酮、乙醇溶液、去离子水中超声,拿出后经去离子水清洗,清洗后用高纯氮气吹干;(3)对清洗后的LED外延片涂抹光刻胶,随后将涂有光刻胶的外延片放置在光刻机中进行曝光,最后将曝光后的外延片浸泡在显影液中;(4)对LED外延片进行电极制备:将步骤(3)所得涂有光刻胶的LED外延片放入电子束蒸发的设备中,对蒸发腔体抽真空,随后依次蒸镀电极金属,蒸镀结束后,对LED芯片进行退火;(5)对LED外延片进行衬底转移:对制备好电极的外延片依次置于丙酮、乙醇溶液、去离子水中超声,拿出后经去离子水清洗,随后放入硫酸中进行样品活化,随后将外延片放入硫酸铜溶液中进行电镀;(6)使用HCl溶液对原有镓酸锂衬底进行腐蚀剥离;(7)使用等离子体增强化学气相沉积方法制备二氧化硅保护层:在步骤(6)所得LED芯片表面沉积SiO2保护层,随后使用匀胶、曝光、显影步骤,在LED芯片表面制备掩模板,将电极图案上的SiO2暴露出来;(8)使用湿法刻蚀的方法,将暴露出来的SiO2刻蚀掉,最后将LED芯片放入去胶液中浸泡,得镓酸锂衬底上的垂直结构非极性LED芯片。...

【技术特征摘要】
1.镓酸锂衬底上的垂直结构非极性LED芯片的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)在镓酸锂衬底上生长LED外延片,包括生长在镓酸锂衬底上的GaN缓冲层,生长在GaN缓冲层上的非掺杂GaN层,生长在非掺杂GaN层上的n型掺杂GaN薄膜,生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱,生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜;(2)将步骤(1)所得LED外延片依次置于丙酮、乙醇溶液、去离子水中超声,拿出后经去离子水清洗,清洗后用高纯氮气吹干;(3)对清洗后的LED外延片涂抹光刻胶,随后将涂有光刻胶的外延片放置在光刻机中进行曝光,最后将曝光后的外延片浸泡在显影液中;(4)对LED外延片进行电极制备:将步骤(3)所得涂有光刻胶的LED外延片放入电子束蒸发的设备中,对蒸发腔体抽真空,随后依次蒸镀电极金属,蒸镀结束后,对LED芯片进行退火;(5)对LED外延片进行衬底转移:对制备好电极的外延片依次置于丙酮、乙醇溶液、去离子水中超声,拿出后经去离子水清洗,随后放入硫酸中进行样品活化,随后将外延片放入硫酸铜溶液中进行电镀;(6)使用HCl溶液对原有镓酸锂衬底进行腐蚀剥离;(7)使用等离子体增强化学气相沉积方法制备二氧化硅保护层:在步骤(6)所得LED芯片表面沉积SiO2保护层,随后使用匀胶、曝光、显影步骤,在LED芯片表面制备掩模板,将电极图案上的SiO2暴露出来;(8)使用湿法刻蚀的方法,将暴露出来的SiO2刻蚀掉,最后将LED芯片放入去胶液中浸泡,得镓酸锂衬底上的垂直结构非极性LED芯片。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:李国强张子辰王文樑
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东;44

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