垂直结构蓝光发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及照明、显示和光通信领域，尤其涉及一种垂直结构蓝光发光二极管及其制备方法。所述垂直结构蓝光发光二极管，包括：导电衬底，所述导电衬底具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；金属反射层，位于所述第一表面；氮化物外延层，位于所述金属反射层表面，包括沿垂直于所述导电衬底的方向依次叠置的P型GaN层、量子阱层、准备层和N型GaN层，所述氮化物外延层的厚度小于蓝光波长；N型电极，位于所述N型GaN层表面；P型电极，位于所述第二表面。本发明专利技术降低了内部吸收损耗，使得发光二极管的出光效率大幅度提高。

Vertical Blue Light Emitting Diode and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
垂直结构蓝光发光二极管及其制备方法
本专利技术涉及照明、显示和光通信领域，尤其涉及一种垂直结构蓝光发光二极管及其制备方法。
技术介绍
发光二极管(LightEmittingDiode，LED)具有体积小、效率高、寿命长等优点，在照明、显示和光通信领域具有广泛的应用前景。传统的发光二极管以蓝宝石为生长衬底。然而，由于蓝宝石衬底不导电，所以传统的发光二极管通常是采用电极在同一侧的横向结构。这种横向结构至少存在以下两个方面的缺点：一方面，电流在N型层中横向流动不等距，存在电流拥堵现象，导致发光二极管器件局部发热量较高，影响器件性能；另一方面，蓝宝石衬底的导热性较差，限制了发光二极管器件的散热，影响发光二极管器件的使用寿命。为了克服横向发光二极管器件的缺陷，现有技术中出现了垂直结构发光二极管。然而，在现有的垂直结构发光二极管中，由于厚膜的限制，存在许多光学约束模式(ConfinedMode)。当电子注入、垂直结构发光二极管发光时，大部分出射光会被限制在发光二极管外延层的厚膜中，造成膜内传输、吸收，极大的降低了发光二极管的出光效率。因此，如何避免发光二极管器件的厚度对出射光线的约束，以提高发光二极管的出光效率，是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种垂直结构蓝光发光二极管及其制备方法，用于解决现有的蓝光发光二极管出光效率较低的问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种垂直结构蓝光发光二极管，包括：导电衬底，所述导电衬底具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；金属反射层，位于所述第一表面；氮化物外延层，位于所述金属反射层表面，包括沿垂直于所述导电衬底的方向依次叠置的P型GaN层、量子阱层、准备层和N型GaN层，所述氮化物外延层的厚度小于蓝光波长；N型电极，位于所述N型GaN层表面；P型电极，位于所述第二表面。优选的，所述氮化物外延层的厚度在350nm以下。优选的，还包括位于所述导电衬底与所述金属反射层之间的NiSn键合层。优选的，所述垂直结构蓝光发光二极管呈台阶状结构；所述台阶状结构包括下台阶以及由所述氮化物外延层构成的上台阶；所述下台阶包括所述P型电极、所述导电衬底与所述金属反射层，且所述下台阶沿平行于所述导电衬底的方向突出于所述上台阶。优选的，所述P型GaN层的厚度为115nm～135nm，所述量子阱层的厚度为40nm～60nm，所述准备层的厚度为60nm～80nm。为了解决上述问题，本专利技术还提供了一种垂直结构蓝光发光二极管的制备方法，包括如下步骤：键合一生长衬底和一导电衬底，所述生长衬底表面具有氮化物外延层和金属反射层，所述氮化物外延层包括沿垂直于所述生长衬底的方向依次叠置的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、准备层、量子阱层、P型GaN层，所述金属反射层位于所述P型GaN层表面；所述导电衬底包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面具有P型电极；剥离所述生长衬底；刻蚀所述氮化物外延层，去除所述缓冲层和所述未掺杂的GaN层，并减薄所述N型GaN层，使得残留的所述氮化物外延层的厚度小于蓝光波长；形成N型电极于残留的所述N型GaN层表面。优选的，残留的所述氮化物外延层的厚度在350nm以下。优选的，键合一生长衬底和一导电衬底的具体步骤包括：于所述金属反射层表面形成第一NiSn键合层；于所述导电衬底的所述第一表面形成第二NiSn键合层；键合所述第一NiSn键合层与所述第二NiSn键合层。优选的，刻蚀所述氮化物外延层的具体步骤包括：刻蚀所述氮化物外延层至所述N型GaN层，去除所述缓冲层和所述未掺杂的GaN层，并减薄所述N型GaN层，使得残留的所述氮化物外延层的厚度小于蓝光波长；于残留的所述氮化物外延层中定义器件区域；刻蚀所述器件区域外围的残留的所述氮化物外延层至所述金属反射层，形成台阶状结构；所述台阶状结构包括下台阶以及由器件区域内的残留的所述氮化物外延层构成的上台阶；所述下台阶包括所述P型电极、所述导电衬底与所述金属反射层，且所述下台阶沿平行于所述导电衬底的方向突出于所述上台阶。优选的，所述P型GaN层的厚度为115nm～135nm，所述量子阱层的厚度为40nm～60nm，所述准备层的厚度为60nm～80nm。本专利技术提供的垂直结构蓝光发光二极管及其制备方法，由于器件采用垂直结构，提高了电注入效率；同时将氮化物外延层的厚度设置为小于蓝光波长，使得所述垂直结构蓝光发光二极管不受约束模式的限制，减少甚至是消除了发光二极管出射光线在氮化物外延层内部的传输，降低了内部吸收损耗，使得发光二极管的出光效率大幅度提高；同时，金属反射层的设置进一步增强了发光二极管的出光效率。附图说明附图1是本专利技术具体实施方式中垂直结构蓝光发光二极管的结构示意图；附图2是本专利技术具体实施方式中垂直结构蓝光发光二极管的制备方法流程图；附图3A-3G是本专利技术具体实施方式中在制备垂直结构蓝光发光二极管的过程中主要的工艺截面示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的垂直结构蓝光发光二极管及其制备方法的具体实施方式做详细说明。本具体实施方式提供了一种垂直结构蓝光发光二极管，附图1是本专利技术具体实施方式中垂直结构蓝光发光二极管的结构示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的垂直结构蓝光发光二极管包括：导电衬底10，所述导电衬底10具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；金属反射层11，位于所述第一表面；氮化物外延层，位于所述金属反射层11表面，包括沿垂直于所述导电衬底10的方向依次叠置的P型GaN层12、量子阱层13、准备层18和N型GaN层14，所述氮化物外延层的厚度小于蓝光波长；N型电极15，位于所述N型GaN层14表面；P型电极16，位于所述第二表面。具体来说，所述垂直结构蓝光发光二极管发出的蓝光的波长范围优选为450nm～470nm。本具体实施方式中所述的量子阱层13可以为InGaN/GaN量子阱层。所述导电衬底10可以为金属衬底，也可以为硅衬底。所述导电衬底10优选为Si(100)衬底。所述准备层18的材料可以为GaN，也可以为InGaN。所述N型电极15与所述P型电极16的材料可以为铬、铂或者金。所述金属反射层11的材料可以为银、镍或者银镍合金。所述金属反射层11与所述P型GaN层12之间形成欧姆接触。本具体实施方式中，所述N型电极15与所述P型电极16位于所述导电衬底10的相对两侧，电流几乎全部垂直流过所述氮化物外延层，几乎没有横向流动的电流，提高了电注入效率。同时将氮化物外延层的厚度设置为小于蓝光波长，使得所述垂直结构蓝光发光二极管不受约束模式的限制，减少甚至是消除了发光二极管出射光线在氮化物外延层内部的传输，降低了内部吸收损耗，使得发光二极管的出光效率大幅度提高。另外，所述金属反射层11的设置减少了光线损失，从而，进一步增强了发光二极管的出光效率。为了进一步提高所述垂直结构蓝光发光二极管的出光效率，优选的，所述氮化物外延层的厚度在350nm以下。优选的，所述垂直结构蓝光发光二极管还包括位于所述导电衬底10与所述金属反射层11之间的NiSn键合层17。所述垂直结构蓝光发光二极管由导电衬底10与生长衬底键合得到，所述键合层17由位于所述导电衬底10的所述第一表面上的第一NiSn键合层与位于所述生长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直结构蓝光发光二极管，其特征在于，包括：导电衬底，所述导电衬底具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；金属反射层，位于所述第一表面；氮化物外延层，位于所述金属反射层表面，包括沿垂直于所述导电衬底的方向依次叠置的P型GaN层、量子阱层、准备层和N型GaN层，所述氮化物外延层的厚度小于蓝光波长；N型电极，位于所述N型GaN层表面；P型电极，位于所述第二表面。

【技术特征摘要】
1.一种垂直结构蓝光发光二极管，其特征在于，包括：导电衬底，所述导电衬底具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；金属反射层，位于所述第一表面；氮化物外延层，位于所述金属反射层表面，包括沿垂直于所述导电衬底的方向依次叠置的P型GaN层、量子阱层、准备层和N型GaN层，所述氮化物外延层的厚度小于蓝光波长；N型电极，位于所述N型GaN层表面；P型电极，位于所述第二表面。2.根据权利要求1所述的垂直结构蓝光发光二极管，其特征在于，所述氮化物外延层的厚度在350nm以下。3.根据权利要求1所述的垂直结构蓝光发光二极管，其特征在于，还包括位于所述导电衬底与所述金属反射层之间的NiSn键合层。4.根据权利要求1所述的垂直结构蓝光发光二极管，其特征在于，所述垂直结构蓝光发光二极管呈台阶状结构；所述台阶状结构包括下台阶以及由所述氮化物外延层构成的上台阶；所述下台阶包括所述P型电极、所述导电衬底与所述金属反射层，且所述下台阶沿平行于所述导电衬底的方向突出于所述上台阶。5.根据权利要求1所述的垂直结构蓝光发光二极管，其特征在于，所述P型GaN层的厚度为115nm～135nm，所述量子阱层的厚度为40nm～60nm，所述准备层的厚度为60nm～80nm。6.一种垂直结构蓝光发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：键合一生长衬底和一导电衬底，所述生长衬底表面具有氮化物外延层和金属反射层，所述氮化物外延层包括沿垂直于所述生长衬底的方向依次叠置的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、准备层、量子阱层、P型GaN层，所述金属反射层位于所述P型GaN层表面；所述导电衬底包括第一表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永进，倪曙煜，袁佳磊，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32