一种高光提取效率的垂直结构LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高光提取效率的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括导电衬底层和设置于所述导电衬底层上的金属键合层，所述金属键合层上设置有金属反射层以及设置于所述金属反射层上的p型GaN层，所述p型GaN层上设有InGaN/GaN量子阱层以及设置于所述InGaN/GaN量子阱层上的n型GaN层；其中，所述n型GaN层上设有n电极，所述n型GaN层上未被n电极覆盖的区域涂覆有MgO薄膜层。本发明专利技术还公开了一种高光提取效率的垂直结构LED芯片的制备方法。本发明专利技术高光提取效率的垂直结构LED芯片克服了n型GaN层与空气之间存在的较大折射率差的问题，避免了大部分光以热的形式损耗掉。

Vertical structure LED chip with high light extraction efficiency and preparation method thereof

The invention discloses a vertical structure LED chip of high light extraction efficiency, which is characterized in that the LED chip includes a conductive substrate layer and a metal bonding layer set on the conductive substrate layer. The metal bonding layer is provided with a metal reflection layer and a p type GaN layer set on the metal reflection layer, and the P GaN layer. A InGaN/GaN quantum well layer and a n type GaN layer set on the InGaN/GaN quantum well layer are provided, in which the n GaN layer is provided with a n electrode, and the N type GaN layer is coated with a MgO film layer without being covered by the N electrode. The invention also discloses a method for preparing a vertical structure LED chip with high light extraction efficiency. The vertical structure LED chip of the high light extraction efficiency of the invention overcomes the problem of the large refractive index difference between the n GaN layer and the air, and avoids the loss of most light in the form of heat.

【技术实现步骤摘要】
一种高光提取效率的垂直结构LED芯片及其制备方法
本专利技术涉及LED
，尤其涉及一种高光提取效率的垂直结构LED芯片及该芯片的制备方法。
技术介绍
蓝光GaN基LED以其更低能耗、更长寿命、更高光提取效率逐步取代了传统照明器件。目前，大多数蓝光LED为蓝宝石衬底LED，蓝宝石衬底具有导电性差、热导率低等缺点，导致由蓝宝石衬底制备的水平结构蓝光LED芯片出现电流拥堵、散热性差等现象，直接限制了蓝宝石衬底LED芯片在大功率器件上的应用。随着技术的进步，研究人员尝试将蓝宝石衬底转移至导电衬底上，使得LED中电流沿竖直方向流动，即形成了垂直结构LED，垂直结构LED芯片采用Si、金属等导电衬底，不仅可以改变LED芯片内部的电流分布，更可以提高芯片散热能力，延长芯片使用寿命。另外，相比传统蓝宝石衬底，Si作为一种新型衬底因其成本低、易于转移和剥离、大尺寸工艺稳定成熟等特点，已经逐步被用来作为蓝光LED芯片的新型生长衬底。但是，即使Si、金属等导电衬底的使用改变了蓝光LED芯片散热能力和内电流分布，由于GaN与空气间存在较大的折射率差，导致在界面处会发现严重的全反射效应，尤其是对于折射率相对较大的蓝光，最终结果是大部分光(尤其是蓝光)会以热的形式在芯片内部损耗掉。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种高光提取效率的垂直结构LED芯片，该垂直结构LED芯片能够克服n型GaN层与空气之间存在的较大折射率差，防止从n型GaN层射出的光在n型GaN层与空气的界面发生全反射效应，避免大部分光(尤其是蓝光)以热的形式在芯片内部损耗掉。本专利技术的目的之二在于一种高光提取效率的垂直结构LED芯片的制备方法，通过本方法制备的垂直结构LED芯片能够克服n型GaN层与空气之间存在的较大折射率差，防止从n型GaN层射出的光在n型GaN层与空气的界面发生全反射效应。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：一种高光提取效率的垂直结构LED芯片，所述LED芯片包括导电衬底层和设置于所述导电衬底层上的金属键合层，所述金属键合层上设置有金属反射层以及设置于所述金属反射层上的p型GaN层，所述p型GaN层上设有InGaN/GaN量子阱层以及设置于所述InGaN/GaN量子阱层上的n型GaN层；其中，所述n型GaN层上设有n电极，所述n型GaN层上未被n电极覆盖的区域涂覆有MgO薄膜层。进一步地，所述导电衬底层为Si衬底层，所述金属键合层为Sn键合层、Au键合层或者Sn/Au键合层，所述Sn键合层的厚度为100～3000nm，所述Au键合层的厚度为10～200nm。进一步地，所述金属反射层为Ag层，所述Ag层的厚度为25～500nm。进一步地，所述p型GaN层为p型掺杂GaN薄膜，p型掺杂GaN薄膜的厚度为100～500nm，所述n型GaN层为n型掺杂GaN薄膜，n型掺杂GaN薄膜的厚度为500～5000nm。进一步地，所述InGaN/GaN量子阱层为2～20个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN阱层的厚度为2～6nm,GaN垒层的厚度为5～20nm。进一步地，所述MgO薄膜层的厚度为50～500nm，所述n电极为Ti电极层、Al电极层或Ti/Al电极层，所述Ti电极层的厚度为100～2000nm，所述Al电极层的厚度为100～3000nm。一种高光提取效率的垂直结构LED芯片的制备方法，包括：制备LED外延片步骤：在第一衬底上外延生长非掺杂GaN层，随后在非掺杂GaN层上生长n型GaN层，随后在n型GaN层上生长2～20个周期的InGaN/GaN量子阱层，随后在InGaN/GaN量子阱层上生长p型GaN层，制得LED外延片；生长金属反射层及键合层步骤：在LED外延片的p型GaN层上生长金属反射层，再在金属反射层上生长键合层，通过键合的方式将LED外延片转移至导电衬底层上，制得双衬底LED外延片；剥离第一衬底步骤：通过化学腐蚀方法剥离双衬底LED外延片的第一衬底，再采用ICP刻蚀法去除非掺杂GaN层，暴露出n型GaN层；制备n电极步骤：通过标准光刻工艺，在n型GaN层表面制备电极图案，随后在n型GaN层表面生长n电极，制得附n电极的LED外延片；涂敷MgO薄膜步骤：将附n电极的LED外延片的表面上未被n电极覆盖的区域涂敷MgO溶液，随后将芯片进行快速退火，制得高光提取效率的垂直结构LED芯片。进一步地，在制备LED外延片步骤中，所述非掺杂GaN层的厚度为100～3000nm。进一步地，在制备LED外延片步骤中，所述n型GaN层的厚度为500～5000nm；所述InGaN/GaN量子阱层中，InGaN阱层的厚度为2～6nm,GaN垒层的厚度为5～20nm；所述p型GaN层的厚度为100～500nm。进一步地，在生长反射层及键合层步骤中，所述反射层为Ag层，所述Ag层的厚度为25～500nm。进一步地，在生长反射层及键合层步骤中，所述键合层Sn键合层、Au键合层或者Sn/Au键合层，其中Sn键合层的厚度为100～3000nm，Au键合层的厚度为30～200nm。进一步地，在生长反射层及键合层步骤中，所述导电衬底层为Si衬底层。进一步地，在剥离第一衬底步骤中，所述化学腐蚀方法为将第一衬底浸泡腐蚀溶液，所述腐蚀溶液为氢氟酸、冰乙酸和硝酸的混合液，其中，氢氟酸、冰乙酸和硝酸的物质的量浓度之比为1～5:1:1～5。进一步地，在涂敷MgO薄膜步骤中，将硝酸镁和胶棉液溶入无水乙醇中，硝酸镁与胶棉液的质量比为2：1～20，制得MgO溶液；采用旋涂的方式涂敷MgO溶液，旋转速率为1000～8000rpm。进一步地，在涂敷MgO薄膜步骤中，所述快速退火在快速退火炉中进行，所述退火温度300～1500℃，所述退火时间为1～60min。进一步地，在制备n电极步骤中，所述n电极为Ti电极层、Al电极层或Ti/Al电极层，所述Ti电极层的厚度为10～500nm，所述Al的厚度为50～300nm。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术一种高光提取效率的垂直结构LED芯片在n型GaN层与空气之间增设一层MgO薄膜，GaN材料的折射率为2.5，MgO的折射率为1.74，空气的折射率只有1，通过在高折射率的GaN材料与空气之间夹设一层MgO薄膜，使得介质的折射率逐步降低，克服了n型GaN层与空气之间存在的较大折射率差的问题，从n型GaN层射出的光先进入MgO薄膜再穿透MgO薄膜进入空气中，由于GaN材料相对于MgO薄膜的折射率较小，且MgO薄膜相对于空气的折射率较小，因此，光(包括蓝光)从n型GaN层射出最终进入空气的过程中不会发生全反射效应，避免大部分光(尤其是蓝光)以热的形式在芯片内部损耗掉。(2)本专利技术一种高光提取效率的垂直结构LED芯片的制备方法制备出的垂直结构LED芯片避免了从n型GaN层射出的光直接进入空气的过程中发生的全反射效应，因此，该垂直结构LED芯片的光提取效率大大增高，亮度高；同时，该制备方法制作工艺简单、成本低。附图说明图1为本专利技术一种高光提取效率的垂直结构LED芯片的结构示意图；图2为涂敷有MgO薄膜的LED芯片(MgO-LED)与未涂敷MgO薄膜的LED芯片(LED)在不同波长下光提取效率的对比图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高光提取效率的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括导电衬底层和设置于所述导电衬底层上的金属键合层，所述金属键合层上设置有金属反射层以及设置于所述金属反射层上的p型GaN层，所述p型GaN层上设有InGaN/GaN量子阱层以及设置于所述InGaN/GaN量子阱层上的n型GaN层；其中，所述n型GaN层上设有n电极，所述n型GaN层上未被n电极覆盖的区域涂覆有MgO薄膜层。

【技术特征摘要】
1.一种高光提取效率的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括导电衬底层和设置于所述导电衬底层上的金属键合层，所述金属键合层上设置有金属反射层以及设置于所述金属反射层上的p型GaN层，所述p型GaN层上设有InGaN/GaN量子阱层以及设置于所述InGaN/GaN量子阱层上的n型GaN层；其中，所述n型GaN层上设有n电极，所述n型GaN层上未被n电极覆盖的区域涂覆有MgO薄膜层。2.如权利要求1所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述导电衬底层为Si衬底层，所述金属键合层为Sn键合层、Au键合层或者Sn/Au键合层，所述Sn键合层的厚度为100～3000nm，所述Au键合层的厚度为10～200nm。3.如权利要求1所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述金属反射层为Ag层，所述Ag层的厚度为25～500nm。4.如权利要求1所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述p型GaN层为p型掺杂GaN薄膜，p型掺杂GaN薄膜的厚度为100～500nm，所述n型GaN层为n型掺杂GaN薄膜，n型掺杂GaN薄膜的厚度为500～5000nm。5.如权利要求1所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述InGaN/GaN量子阱层为2～20个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN阱层的厚度为2～6nm,GaN垒层的厚度为5～20nm。6.如权利要求1-5任一项所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述MgO薄膜层的厚度为50～500nm，所述n电极为Ti电极层、Al电极层或Ti/Al电极层，所述Ti电极层的厚度为100～2000nm，所述Al电极层的厚度为100～3000nm。7.一种高光提取效率的垂直结构LED芯片的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：河源市众拓光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44