一种垂直结构的LED芯片及其制备方法技术

本申请实施例属于LED芯片技术领域，涉及一种垂直结构的LED芯片，包括导电衬底、外延结构层、P电极与二维材料层；外延结构层设于导电衬底上，外延结构层包括P型氮化镓材料层；P电极设于外延结构层上，P电极与P型氮化镓材料层形成欧姆接触；二维材料层设于外延结构层上，二维材料层通过范德华力作用与P型氮化镓材料层形成异质结构。本申请还涉及一种LED芯片的制备方法。本申请提供的技术方案能够减小LED器件的尺寸且提高LED器件的发光功率。器件的尺寸且提高LED器件的发光功率。器件的尺寸且提高LED器件的发光功率。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直结构的LED芯片及其制备方法


[0001]本申请涉及LED芯片
，更具体地，涉及一种垂直结构的LED芯片以及一种LED芯片的制备方法。

技术介绍

[0002]随着LED照明市场份额的不断扩大，对于LED的应用场景也越来越广阔，随着可见光通信技术的逐渐发展，LED因为具备优异的光电性能以及高速明灭闪烁的半导体器件物理特性，而被认为是可见光通信(VLC)系统的理想光源。
[0003]为了提升整个通信系统的通信速率以及通话质量，会通过提升LED的调制带宽的方式，目前常用的提升LED的调制带宽会采用减小LED器件尺寸的方法，但是减小LED器件的尺寸会导致LED的发光功率下降，使LED器件无法同时提高通信质量与提高发光功率。

技术实现思路

[0004]本申请实施例所要解决的技术问题是现有的LED器件无法同时提高通信质量与提高发光功率。
[0005]为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种垂直结构的LED芯片，采用了如下所述的技术方案：
[0006]一种垂直结构的LED芯片，包括导电衬底、外延结构层、P电极与二维材料层；
[0007]所述外延结构层设于所述导电衬底上，所述外延结构层包括P型氮化镓材料层；
[0008]所述P电极设于所述外延结构层上，所述P电极与所述P型氮化镓材料层形成欧姆接触；
[0009]所述二维材料层设于所述外延结构层上，所述二维材料层通过范德华力作用与所述P型氮化镓材料层形成异质结构。
[0010]进一步的，所述LED芯片还包括N电极，所述外延结构层朝向所述导电衬底的一侧形成N电极台阶，所述N电极设于所述N电极台阶内。
[0011]进一步的，所述外延结构层还包括N型氮化镓材料层与多量子阱层；
[0012]所述N型氮化镓材料层设于所述导电衬底上；
[0013]所述多量子阱层设于所述N型氮化镓材料层上；
[0014]所述P型氮化镓材料层设于所述多量子阱层上。
[0015]进一步的，所述多量子阱层包括至少一层I nGaN/GaN组合层，所述I nGaN/GaN组合层由位于下方的I nGaN阱层与位于上方的GaN阱层相互连接组成。
[0016]进一步的，所述LED芯片还包括缓冲层，所述缓冲层设于所述导电衬底与所述N型氮化镓材料层之间。
[0017]进一步的，所述导电衬底的材料选自Si、I TO、Si、GaN、Si N、Si C的其中一种；
[0018]和/或，所述P电极的材料选自T i、Cr、Ag、Au、Pt中的至少一种；
[0019]和/或，所述N电极的材料选自N i、Au、Sn、T i中的至少一种；
[0020]和/或，所述N型氮化镓材料层的材料为掺杂的GaN材料，其中，所述N型氮化镓材料层的掺杂方式为N型掺杂，N型掺杂的掺杂材料为Si或N的其中一种；
[0021]和/或，所述P型氮化镓材料层的材料为掺杂的GaN材料，其中，所述P型氮化镓材料层的掺杂方式为P型掺杂，P型掺杂的掺杂材料为Mg；
[0022]和/或，所述二维材料层的材料为MXene材料，其中，所述MXene材料选自Hf2C(OH)2、Zr2N(OH)2、NbC2中的至少一种；
[0023]和/或，所述缓冲层的材料选自Al N和A l GaN中的至少一种。
[0024]进一步的，所述导电衬底的厚度范围为500μm～700μm；
[0025]和/或，所述P电极的厚度范围为500～700nm；
[0026]和/或，所述N电极的厚度范围为300～500nm；
[0027]和/或，所述N型氮化镓材料层的厚度范围为200～300nm；
[0028]和/或，所述P型氮化镓材料层的厚度范围为200～300nm；
[0029]和/或，所述多量子阱层的厚度范围为21～33nm；
[0030]和/或，所述二维材料层的厚度范围为5～10nm；
[0031]和/或，所述缓冲层的厚度范围为5～10μm。
[0032]进一步的，所述LED芯片还包括保护层，所述保护层设于所述P电极上。
[0033]为了解决上述技术问题，本申请实施例还提供一种LED芯片的制备方法，采用了如下所述的技术方案：
[0034]一种LED芯片的制备方法，用于制备如上所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，包括以下步骤：
[0035]提供基板，在所述基板上生长外延结构层；
[0036]在所述外延结构层上制备P电极，其中，所述P电极与所述P型氮化镓材料层形成欧姆接触；
[0037]在所述外延结构层上制备二维材料层，其中，所述二维材料层与所述外延结构层的P型氮化镓材料层通过范德华力作用形成异质结构，所述二维材料层至少部分覆盖于所述P电极上。
[0038]进一步的，所述在所述外延结构层上制备P电极之后，所述在所述外延结构层上制备二维材料层之前，还包括以下步骤：
[0039]去除基板；
[0040]对所述外延结构层的底面进行蚀刻，以形成N电极台阶；
[0041]在所述N电极台阶内制备N电极；
[0042]在所述外延结构层的底面制备缓冲层，所述缓冲层完全覆盖所述外延结构层的底面与所述N电极；
[0043]在所述缓冲层上制备导电衬底。
[0044]与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：
[0045]本专利技术通过在外延结构层上制备二维材料层，且二维材料层与外延结构层最上层的P型氮化镓材料层形成异质结构，增强了LED芯片内部的电流拓展，提高了电流分布的均匀性，从而提高了LED芯片的发光效率；此外二维材料层与P型氮化镓材料层形成异质结构还能够增强LED芯片内部空穴的注入效率，以缩短空穴与电子结合所需的时间，从而降低了
载流子的复合寿命，进而达到了降低了RC时间常数的作用，达到了同时提高发光功率以及提高通信质量的作用。
附图说明
[0046]为了更清楚地说明本申请的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047]图1是本申请实施例的LED芯片的结构示意图；
[0048]图2是本申请另一实施例的LED芯片的结构示意图；
[0049]图3是本申请实施例的LED芯片制备方法的流程图；
[0050]图4是本申请实施例的LED芯片与常规LED芯片的电流
‑
电压特性曲线图；
[0051]图5是本申请实施例的LED芯片与常规LED芯片的光功率与电流特性曲线图。
[0052]附图标记：
[0053]1、导电衬底；2、外延结构层；21、N型氮化镓材料层；22、多量子阱层；23、P型氮化镓材料层；3、P电极；4、二维材料层；5、N电极；6、缓冲层。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直结构的LED芯片，其特征在于，包括导电衬底、外延结构层、P电极与二维材料层；所述外延结构层设于所述导电衬底上，所述外延结构层包括P型氮化镓材料层；所述P电极设于所述外延结构层上，所述P电极与所述P型氮化镓材料层形成欧姆接触；所述二维材料层设于所述外延结构层上，所述二维材料层通过范德华力作用与所述P型氮化镓材料层形成异质结构。2.根据权利要求1所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片还包括N电极，所述外延结构层朝向所述导电衬底的一侧形成N电极台阶，所述N电极设于所述N电极台阶内。3.根据权利要求1或2所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述外延结构层还包括N型氮化镓材料层与多量子阱层；所述N型氮化镓材料层设于所述导电衬底上；所述多量子阱层设于所述N型氮化镓材料层上；所述P型氮化镓材料层设于所述多量子阱层上。4.根据权利要求3所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述多量子阱层包括至少一层InGaN/GaN组合层，所述InGaN/GaN组合层由位于下方的InGaN阱层与位于上方的GaN阱层相互连接组成。5.根据权利要求3所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片还包括缓冲层，所述缓冲层设于所述导电衬底与所述N型氮化镓材料层之间。6.根据权利要求5所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述导电衬底的材料选自Si、ITO、Si、GaN、SiN、SiC的其中一种；和/或，所述P电极的材料选自Ti、Cr、Ag、Au、Pt中的至少一种；和/或，所述N电极的材料选自Ni、Au、Sn、Ti中的至少一种；和/或，所述N型氮化镓材料层的材料为掺杂的GaN材料，其中，所述N型氮化镓材料层的掺杂方式为N型掺杂，N型掺杂的掺杂材料为Si或N的其中一种；和/或，所述P型氮化镓材料层的材料为掺杂的GaN材料，其中，所述P型氮化镓材料层的掺杂方式为P型...

【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：