一种基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片及其制备方法，包括n型电极、二维衍生膜、氮化物外延层和p型电极，所述二维衍生膜附着在所述n型电极上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上，所述p型电极附着在所述氮化物外延层上。在制备完成基于铜衬底的氮化物LED外延片后，使用穿孔工艺，从铜衬底的背面开孔至缓冲层或n型电子注入层；制作金属沟道结构实现与n型电子注入层的欧姆接触，同时也实现n型电子注入层与铜衬底的导通；在p型空穴注入层顶部制作p型电极。本发明专利技术所述氮化物LED垂直芯片具有更好的电流扩展、更低的热阻和更高的可靠性等特征，非常适合大电流密度驱动、高光功率密度输出的应用方向。

【技术实现步骤摘要】
一种基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片及其制备方法
本专利技术涉及一种基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片及其制备方法，属于LED光电子器件的制造

技术介绍
使用氮化物AlxInyGa1-x-yN(0≤x,y≤1；x+y≤1；纤锌矿晶体结构)半导体材料制作的发光二极管LED以其节能、环保、长寿命等优点逐渐在电子显示屏、景观照明、矿灯、路灯、液晶显示器背光源、普通照明、光盘信息存储、生物医药等领域展开广泛应用。上述化合物半导体可以覆盖从红外、可见到紫外光的全部光谱能量范围，而通过控制氮化物合金的阳离子组分可以准确地定制LED器件的发射波长。从应用领域范围、市场容量来看，又以氮化物LED的应用为大宗、主流，比如，以白光LED为应用代表的半导体照明行业。制作氮化物LED时，首先在衬底上进行氮化物LED结构的外延膜层生长，然后进行芯片器件加工得到分离的器件单元，即芯片。常见的外延生长方法包括：有机金属化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)、脉冲溅射沉积(PSD)、射频磁控溅射(RF-MS)、分子束外延(MBE)、脉冲激光沉积(PLD)、远程等离子体增强化学气相沉积(RPCVD)等系统。其中，MOCVD和HVPE方法的生长温度较高，在1000～1250℃范围；而PSD、RF-MS、MBE、PLD和RPCVD方法的生长温度较低，在20～1050℃范围不等。LED芯片器件加工主要是使用光刻、反应离子刻蚀(RIE)、电子束蒸镀(e-Beam)、磁控溅射(MS)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)等方法制作p、n型电极及介电保护层等。目前，产业界制作氮化物LED仍然以异质外生长为主，所选用的衬底主要有三种单晶材料，分别是蓝宝石(α-Al2O3)、SiC(包括4H-SiC和6H-SiC)、Si。外延生长程就是在这些与氮化物AlxInyGa1-x-yN(0≤x,y≤1；x+y≤1)晶格常数接近的单晶材料上生长氮化物单晶薄膜。根据衬底材料的选择不同，外延片和芯片制作的技术路线也会不同。例如，基于蓝宝石衬底进行氮化物LED外延结构中的缓冲层往往是不导电的，而芯片产品主要有：正装、倒装和薄膜芯片三种类型。由于蓝宝石衬底对于可见光的吸收系数很小，因此通过制作正装或倒装芯片的形式，均能够实现较好的出光效率。由于蓝宝石衬底不导电，因此制作垂直结构芯片(即垂直芯片)就必须去掉它。以薄膜芯片为代表的垂直芯片通常采用激光剥离的办法来实现蓝宝石衬底和外延层的分离，但是这种方法工艺复杂、设备昂贵、过程良率不高。又比如，使用n型导电SiC衬底进行LED结构生长的外延片可以制作n型导电的缓冲层，以便后期制作垂直结构的芯片。此外，还有使用非导电型SiC衬底进行氮化物外延生长，进而制作正装芯片的技术线路。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种降低衬底使用成本，提高LED器件的电流注入效率和热量管理能力的基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片及其制备方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片，包括n型电极、二维衍生膜、氮化物外延层和p型电极，所述二维衍生膜附着在所述n型电极上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上，所述p型电极附着在所述氮化物外延层上；其中，所述二维衍生膜及氮化物外延层均为基于铜衬底的氮化物LED外延片结构的二维衍生膜及氮化物外延层；所述基于铜衬底的氮化物LED外延片结构包括铜衬底、二维衍生膜及氮化物外延层，所述二维衍生膜位于所述铜衬底及所述氮化物外延层之间，且所述二维衍生膜附着在所述铜衬底的表面上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上。本专利技术的有益效果是：本专利技术所述氮化物LED垂直芯片具有更好的电流扩展、更低的热阻和更高的可靠性等特征，非常适合大电流密度驱动、高光功率密度输出的应用方向。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述氮化物外延层由从下至上依次叠加的缓冲层、n型电子注入层、有源层和p型空穴注入层构成，且所述缓冲层附着在所述二维衍生膜上。进一步，所述n型电极由金属沟道结构和铜衬底组成，所述铜衬底附着在所述金属沟道结构的水平部分上，所述金属沟道结构的垂直部分依次穿过所述铜衬底及二维衍生膜插入所述缓冲层内，或者依次穿过所述铜衬底、二维衍生膜及缓冲层插入所述n型电子注入层内；其中，所述铜衬底为所述基于铜衬底的氮化物LED外延片结构的铜衬底。采用上述进一步方案的有益效果是，铜衬底不但不须进行剥离去掉，而且将和沟道结构一起组成n型电极，这就简化了LED垂直芯片加工工艺流程。同时，由于金属铜具有优良的导电和导热特性，因此本专利技术所述氮化物LED垂直芯片具有更好的电流扩展、更低的热阻和更高的可靠性等特征，非常适合大电流密度驱动、高光功率密度输出的应用方向。进一步，所述金属沟道层由一层或两层以上的金属薄膜组成，使用的金属为Pt、Au、Al、Cr、Ti、Ni、Ag、W、Zn、Pb或Cu中的至少一种。进一步，所述p型电极由一层或两层以上的金属薄膜或金属氧化物薄膜组成，使用的金属为Pt、Au、Al、Cr、Ti、Ni、Ag、W、Zn、Pb中的至少一种；使用的金属氧化物为氧化铟锡(ITO)、氧化铟镓锌(IGZO)、氧化镓锌(GZO)、ZnO中的至少一种。本专利技术解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片的制备方法，制备方法步骤如下：1)在制备完成基于铜衬底的氮化物LED外延片后，使用穿孔工艺，从铜衬底的背面开孔至缓冲层或n型电子注入层；2)制作金属沟道结构实现与n型电子注入层的欧姆接触，同时也实现n型电子注入层与铜衬底的导通，金属沟道结构、铜衬底共同组成了n型电极；3)在p型空穴注入层顶部制作p型电极。进一步，所述穿孔工艺为激光钻孔工艺或干法刻蚀工艺。所述激光钻孔工艺的光源为脉冲激光器，且单个激光脉冲宽度小于10-6秒。附图说明图1为本专利技术基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片的结构示意图；图2为本专利技术基于铜衬底的氮化物LED外延片结构进行穿孔工艺后的截面示意图；图3为本专利技术基于铜衬底的氮化物LED外延片结构制作完n电极后的截面示意图；图4为实施例1中基于铜衬底的氮化物LED外延片的结构示意图；图5为实施例1中基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片的沟道结构的截面示意图；图6为实施例2中基于铜衬底的氮化物LED外延片的结构示意图；图7为实施例3中基于铜衬底的氮化物LED外延片的结构示意图；图8为实施例4中基于铜衬底的氮化物LED外延片的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。一种基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片，如图1所示，包括n型电极、二维衍生膜、氮化物外延层和p型电极，所述二维衍生膜附着在所述n型电极上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上，所述p型电极附着在所述氮化物外延层上；其中，所述二维衍生膜及氮化物外延层均为基于铜衬底的氮化物LED外延片结构的二维衍生膜及氮化物外延层；所述基于铜衬底的氮化物LED外延片结构包括铜衬底、二维衍生膜及氮化物外延层，所述二维衍生膜位于所述铜衬底及所述氮化物外延层之间，且所述二维衍生膜附着在所述铜衬底的表面上，所述氮化物外延层附着在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片，其特征在于：包括n型电极、二维衍生膜、氮化物外延层和p型电极，所述二维衍生膜附着在所述n型电极上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上，所述p型电极附着在所述氮化物外延层上；其中，所述二维衍生膜及氮化物外延层均为基于铜衬底的氮化物LED外延片结构的二维衍生膜及氮化物外延层；所述基于铜衬底的氮化物LED外延片结构包括铜衬底、二维衍生膜及氮化物外延层，所述二维衍生膜位于所述铜衬底及所述氮化物外延层之间，且所述二维衍生膜附着在所述铜衬底的表面上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上。

【技术特征摘要】
1.一种基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片，其特征在于：包括n型电极、二维衍生膜、氮化物外延层和p型电极，所述二维衍生膜附着在所述n型电极上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上，所述p型电极附着在所述氮化物外延层上；其中，所述二维衍生膜及氮化物外延层均为基于铜衬底的氮化物LED外延片结构的二维衍生膜及氮化物外延层；所述基于铜衬底的氮化物LED外延片结构包括铜衬底、二维衍生膜及氮化物外延层，所述二维衍生膜位于所述铜衬底及所述氮化物外延层之间，且所述二维衍生膜附着在所述铜衬底的表面上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上，所述二维衍生膜由一层或两层以上的二维纳米片材料构成，并且所述二维纳米片材料包括石墨烯、六方氮化硼中的任意一种或两种的组合。2.根据权利要求1所述的基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片，其特征在于：所述氮化物外延层由从下至上依次叠加的缓冲层、n型电子注入层、有源层和p型空穴注入层构成，且所述缓冲层附着在所述二维衍生膜上。3.根据权利要求2所述的基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片，其特征在于：所述n型电极由金属沟道结构和铜衬底组成，所述铜衬底附着在所述金属沟道结构的水平部分上，所述金属沟道结构的垂直部分依次穿过所述铜衬底及二维衍生膜插入所述缓冲层内，或者依次穿过所述铜衬底、二维衍生膜及缓冲层插入所述n型电子注入层内；其中，所述铜衬底为所述基于铜衬底的氮化物LED外延片结构的铜衬底。4.根据权利要求3所述的基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片，其特征在于：所述金属沟道层由一层或两层以上的金属薄膜组成。5.根据权利要求4所述的基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片，其特征在于：所述金属薄膜使用的金属为Pt、Au、Al、Cr、Ti、Ni、Ag、W、Zn、Pb或Cu中的至少一种。6.根据权利要求1至5任一项所述的基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片，其特征在于：所述p型电极由一层或两层以上的金属薄膜或金属氧化物薄膜组成。7.根据权利要求6所述的基于铜衬底的氮化物LED垂直芯片，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：马亮，胡兵，刘素娟，李金权，裴晓将，
申请(专利权)人：北京中科天顺信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11