本发明专利技术公开一种高光萃取效率的近紫外LED芯片及其制备方法。LED芯片的结构从下到上依次为金属基板、电镀种子层、反射电极层、p型氮化镓层、有源层、n型氮化镓层、二维光子晶体结构和n型金属电极；所述金属基板由高导热的金属组成，金属基板为铜材料，厚度范围为80～250μm；反射电极为区域沉积于芯片中心位置，电镀种子层为整层沉积，覆盖整个反射电极以及过道区；所述电镀种子层除了起电镀种子层作用外还在于保护反射电极层的扩散，防止造成芯片漏电失效。本发明专利技术所设计光子晶体结构，不仅具有较宽的光子禁带，并且所制备的光子晶体的参数使得LED芯片具有较高的光萃取效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到半导体电子
尤其涉及一种近紫外LED器件，可应用于高显指白光照明，树脂固化,印刷等领域。
技术介绍
氮化物紫外发光二极管（LED）具有功耗低、寿命长、可靠性好等优点，其市场应用潜力大。与传统的紫外光源相比，紫外LED具有效率高，寿命长，体积小、无汞污染等优点，因而可以有效替代汞灯在固化，杀菌，净化等领域的应用。一般地，将发光波长在320nm到400nm范围内的LED称为近紫外LED，其主要应用在树脂，油墨等的固化。与商业化的蓝光LED相比，近紫外LED的发光效率仍有很大的提升空间。目前在近紫外LED的内量子效率方面的研究已经取得了较大的突破。Takakazu Kohno等人制作了三种生长在不同衬底类型上的近紫外LED外延层，通过研究三种近紫外LED变温光致发光光谱，最大的内量子效率达到68%[Japanese Journal of Applied Physics,2012,51:072102]。而由于GaN层在近紫外波段吸收较大，并且在紫外波段光提取角更小，因此，获得高光萃取效率的近紫外LED芯片结构将为尽快实现紫外LED芯片走向应用市场提供保证。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高光萃取效率的近紫外LED芯片及其制备方法。本专利技术采用Ⅲ族氮化物外延，区域性电镀金属基板，蓝宝石衬底剥离，纳米压印等制备技术相结合的方法来实现高光萃取效率的近紫外垂直结构LED芯片。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。一种高光萃取效率的近紫外LED芯片，它的结构从下到上依次为金属基板、电镀种子层、反射电极层、 p型氮化镓层、有源层、n型氮化镓层、二维光子晶体结构和n型金属电极；所述金属基板由高导热的金属组成，金属基板为铜材料，厚度范围为80～250μm；所述电镀种子层为Ni/Au，Cr/Au，Ti/Au，Cr/Pt/Au，Ti/Cu，TiW/Cu中的一种，该电镀种子层完全覆盖反射电极的表面和侧面；所述电镀种子层为整层沉积；所述反射电极是基于Ag-，Ni/Ag-，ITO/Ag-，ITO/Al-具有低欧姆接触，高反射率的电极结构；反射电极为区域沉积于芯片中心位置，电镀种子层为整层沉积，覆盖整个反射电极以及过道区；所述电镀种子层除了起电镀种子层作用外还在于保护反射电极层的扩散，防止造成芯片漏电失效。进一步优化地，所述反射电极层为区域沉积，区域面积小于LED芯片面积。进一步优化地，所述电镀种子层的厚度为500nm～1500nm。进一步优化地，所述反射电极的主要材料是Ag或Al，所采用的Ag层的厚度范围为120nm～500nm，Al层厚度为300nm～800nm。进一步优化地，所述p型氮化镓层的厚度为120nm~280nm，所述有源区的发光峰值波长为350nm到400nm。进一步优化地，所述n型氮化镓层的厚度为500nm~800nm；所述p型氮化镓层的厚度有利于法布里（F-P）微腔效应对有源区发光进行调制。所述n型氮化镓层的厚度，一者可以降低外延层对有源区发光的吸收，另外，通过控制n型氮化镓层的厚度使得有源区具有较高的限制因子，从而增强芯片的微腔效应，提高芯片的出光。进一步优化地，所述二维光子晶体结构为三角排列结构，所述光子晶体的高度范围为250nm到350nm，所述光子晶体周期为150nm到250nm，所述光子晶体占空比范围为0.5～0.8。进一步优化地，所述n型金属电极可以为Cr-，Ti-，Cr/Al-, Ti/Al-结构，电极厚度为500nm～1500nm。本专利技术制备上述的一种高光萃取效率的近紫外LED芯片的方法，包括如下步骤：步骤一、提供第一衬底，在该衬底上利用金属有机化合物气相外延（MOCVD）技术生长氮化镓基外延层，所述氮化镓基外延层包括：成核层、未掺杂的氮化镓层、n型氮化镓层、有源区和p型氮化镓层；第一衬底为蓝宝石衬底、Si衬底或SiC衬底；步骤二、在上述氮化镓基外延层上沉积一反射电极层；然后在整个结构层上沉积一电镀种子层；步骤三、在上述电镀种子层上选择性地涂覆一层非导电物质，使得芯片之间的过道处都形成非导电物质；步骤四、在上述种子层上区域选择性地生长金属基板，形成第二衬底；步骤五、利用激光剥离或化学腐蚀或干法刻蚀技术使第一衬底与氮化镓外延层分离，漏出N极性氮化镓；步骤六、利用化学机械抛光技术对N极性氮化镓进行减薄处理，减薄至n型氮化镓层中；步骤七、在上述n型氮化镓层表面利用纳米压印和干法刻蚀技术在非n型电极区域制备二维光子晶体结构，该二维光子晶体结构具有光子晶体周期，光子晶体高度和光子晶体占空比；步骤八、在N极性氮化镓表面的n型电极区域制作上n型金属电极。进一步优化地：步骤一中所述p型氮化镓层的厚度值为120nm到280nm；所述有源区为异质结、量子阱、量子点中的一种，且发光峰值波长范围为350nm到400nm；所述p型氮化镓层的厚度利用法布里（F-P）微腔效应对有源区发光进行增强调制；步骤二中所述反射电极为区域沉积，区域面积小于LED芯片面积，该反射电极的反射率在350nm到400nm之间能大于80%，且与p型氮化镓层有较低的接触电阻；所述电镀种子层为整层沉积；所述反射电极为Ag基或Al基反射电极，且区域沉积能保证反射电极在后续工艺的稳定性，若整层沉积Ag基反射电极，实验中发现在后续工艺中会出现脱落现象，工艺不稳定；步骤三中所述非导电物质为绝缘层或有机物，厚度大于60μm；选择性涂覆采用光刻或压印技术；步骤四中所述金属基板为高导热金属基板，该金属基板具有良好的导热性和支撑性；所述金属基板只在芯片区域处生长，过道处被非导电物质阻挡不能生长；所述金属基板在电镀种子层上选择性生长，金属基板厚度大于80μm；步骤六中所述n型氮化镓层表面具有均匀的表面，这有利于后续二维光子晶体的制备。均匀的表面通过控制化学机械抛光的条件获得；所述抛光减薄后的n型氮化镓层厚度范为500nm～800nm；步骤七中所述二维光子晶体结构为三角排列结构，所述光子晶体的高度范围为250nm到350nm，所述光子晶体周期为150nm到250nm，所述光子晶体占空比范围为0.5～0.8。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：1、分步沉积Ag基或Al基反射电极和电镀种子层，其中反射电极为区域沉积于芯片中心位置，电镀种子层为整层沉积，覆盖整个反射电极以及过道区，能有效保障后续工艺的稳定性。如整层沉积Ag基反射电极的芯片，粘附性较差，芯片成品率低。2、通过谐振腔原理及实验结果获得合适的p型氮化镓层厚度，这能有效地提高近紫外垂直结构LED芯片的光萃取效率。3、通过化学机械抛光有效控制n型氮化镓层的厚度，从而大幅降低对紫外光的吸收，并且通过控制整个芯片外延层的厚度，从而增强芯片的微腔效应，提高器件的出光。4、本专利技术所设计光子晶体结构，不仅具有较宽的光子禁带，并且所制备的光子晶体的参数使得LED芯片具有较高的光萃取效率。附图说明图1为生长在蓝宝石衬底上的氮化镓基LED外延层结构。图2为在LED外延层上制备反射电极及电镀种子层后的样品结构。图3为区域选择性涂覆非导电物质及区域电镀金属基板后的样品结构。图4为去除第一蓝宝石衬底后的样品结构。图5为制备电极及表面光子晶体后的样品结构。图6为所制备LED芯本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高光萃取效率的近紫外LED芯片，其特征在于它的结构从下到上依次为金属基板、电镀种子层、反射电极层、 p型氮化镓层、有源层、n型氮化镓层、二维光子晶体结构和n型金属电极；所述金属基板由高导热的金属组成，金属基板为铜材料，厚度范围为80～250μm；所述电镀种子层为Ni/Au，Cr/Au，Ti/Au，Cr/Pt/Au，Ti/Cu，TiW/Cu中的一种，该电镀种子层完全覆盖反射电极的表面和侧面；所述电镀种子层为整层沉积；所述反射电极是基于Ag‑，Ni/Ag‑，ITO/Ag‑，ITO/Al‑具有低欧姆接触，高反射率的电极结构；反射电极为区域沉积于芯片中心位置，电镀种子层为整层沉积，覆盖整个反射电极以及过道区；所述电镀种子层除了起电镀种子层作用外还在于保护反射电极层的扩散，防止造成芯片漏电失效。
【技术特征摘要】
1.一种高光萃取效率的近紫外LED芯片，其特征在于它的结构从下到上依次为金属基板、电镀种子层、反射电极层、 p型氮化镓层、有源层、n型氮化镓层、二维光子晶体结构和n型金属电极；所述金属基板由高导热的金属组成，金属基板为铜材料，厚度范围为80～250μm；所述电镀种子层为Ni/Au，Cr/Au，Ti/Au，Cr/Pt/Au，Ti/Cu，TiW/Cu中的一种，该电镀种子层完全覆盖反射电极的表面和侧面；所述电镀种子层为整层沉积；所述反射电极是基于Ag-，Ni/Ag-，ITO/Ag-，ITO/Al-具有低欧姆接触，高反射率的电极结构；反射电极为区域沉积于芯片中心位置，电镀种子层为整层沉积，覆盖整个反射电极以及过道区；所述电镀种子层除了起电镀种子层作用外还在于保护反射电极层的扩散，防止造成芯片漏电失效。2.根据权利要求1所述的一种高光萃取效率的近紫外LED芯片，其特征在于所述反射电极层为区域沉积，区域面积小于LED芯片面积。3.根据权利要求1所述的一种高光萃取效率的近紫外LED芯片，其特征在于所述电镀种子层的厚度为500nm～1500nm。4.根据权利要求1所述的一种高光萃取效率的近紫外LED芯片，其特征在于所述反射电极的主要材料是Ag或Al，所采用的Ag层的厚度范围为120nm～500nm，Al层厚度为300nm～800nm。5.根据权利要求1所述的一种高光萃取效率的近紫外LED芯片，其特征在于所述p型氮化镓层的厚度为120nm~280nm，所述有源区的发光峰值波长为350nm到400nm。6.根据权利要求1所述的一种高光萃取效率的近紫外LED芯片，其特征在于所述n型氮化镓层的厚度为500nm~800nm。7.根据权利要求1所述的一种高光萃取效率的近紫外LED芯片，其特征在于所述二维光子晶体结构为三角排列结构，所述光子晶体的高度范围为250nm到350nm，所述光子晶体周期为150nm到250nm，所述光子晶体占空比范围为0.5～0.8。8.根据权利要求1所述的一种高光萃取效率的近紫外LED芯片，其特征在于所述n型金属电极可以为Cr-，Ti-，Cr/Al-, Ti/Al-结构，电极厚度为500nm～1500nm。9.制备权利要求1~8任一项所述的一种高光萃取效率的近紫外LED芯片的...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓龙，王洪，齐赵毅，黄华茂，
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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