一种垂直结构氮化镓发光二极管芯片及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直结构氮化镓发光二极管芯片及其制备方法，该方法首先外延生长缓冲层及垂直结构GaNLED外延片，然后剥离衬底，再制备导电增透层，最后制作焊线电极。该垂直结构氮化镓发光二极管芯片顺序包括：金属高反射导热层、P型GaN层、MQW发光层、N型GaN层、导电增透层和焊线电极；导电增透层包括顺序附着在N型GaN层一侧表面的ZnO成核层、ZnO主体层和圆冠纳米柱状ZnO层。采用本发明专利技术制备方法制备出的垂直结构氮化镓发光二极管芯片，除了能满足优良的导电和透明特性外，还能精准控制生长质量和控制形貌，获得更高的光学萃取效率以及外量子效率；此外，采用双性金属氧化物制作缓冲层，可大大降低后续剥离衬底的成本，能够获得更高良品率，以及更低的生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种发光二极管芯片及其制造方法，特别涉及。
技术介绍
LED芯片一般有两种基本结构，横向结构(Lateral)和垂直结构(Vertical)。横向结构LED芯片的两个电极在LED芯片的同一侧，电流在η-和ρ-类型限制层中横向流动不等的距离。垂直结构的LED芯片的两个电极分别在LED外延层的两侧，由于图形化电极和全部的P-类型限制层作为第二电极，使得电流几乎全部垂直流过LED外延层，极少存在横向流动的电流，因而可以改善平面结构的电流分布问题，提高发光效率；也可以解决P极的遮光问题，提升LED的发光面积。另由于蓝宝石基板的导热系数差，影响LED的发光效率。 为了解决LED的散热难题，未来可能将主要采用垂直结构LED的架构，促进LED产业的技术发展。氮化镓发光二极管(GaN LED)作为实现固态照明的核心器件，自问世以来其技术发展很快，但是为了快速推广固态照明的应用，仍然需要在大幅度降低生产成本同时提高 GaN LED的性能。自从美国的旭明光电(SemiLEDs)推出基于激光剥离技术而实现的垂直结构LED芯片以来，目前已证明垂直结构LED芯片具有非常优秀的电流扩展特性、优良的散热效果、良好的抗静电能力，以及很高的外量子效率，因而能够实现更高的流明效率和更可靠、更长的器件寿命。目前主要有四种方法能够实现垂直结构GaN LED技术。第一种方法是kmiLEDs提出的激光剥离蓝宝石法，但因其所需的激光剥离设备十分昂贵，而且工艺复杂、控制困难， 导致良品率不高。第二种方法是使用机械研磨方式去除蓝宝石或是碳化硅(SiC)衬底，但是SiC衬底的硬度十分大，而又由于外延层很薄，导致机械研磨剥离过程的良率不高，而且成本昂贵。第三种方法是先使用机械研磨法使蓝宝石、Si (硅)或是SiC衬底减薄，然后对衬底进行打洞，深入到N型GaN，制造电极实现垂直结构器件。该方法虽然避开了前两种完全剥离技术所引起的工艺难度大、成本高的问题，但是因仍保留一部分衬底，导致出光效率并不能充分体现出垂直结构的特点，整体而言性价比不高。第四种是有文献报道的用所谓外延牺牲层(比如金属或是其它介质材料)来生长GaN。但是根据GaN的材料生长特性，要求外延牺牲层具有非常好的晶格匹配和热化学稳定性，因此如何选择合适的外延牺牲层材料以及制造工艺，是当前研究的热点前沿。氮化镓发光二极管(GaN-LED )作为实现固态照明的核心器件，外量子效率低是其进一步发展的一个主要障碍。为改善GaN-LED的外量子效率，多年来人们作了大量的研究工作，使用TCL (Transparent Conductive Layer，透明导电层)是目前所知提高外量子效率最有效的一种方法。目前 GaN-LED 的 TCL 主要采用 Ni/Au (镍金合金)或是 ITO Qndium Tin Oxides, 锡掺杂的铟锡氧化物膜)材料，镀膜方法为电子束蒸发。M/AuTCL为了保障电流均勻扩散，要求TCL有一定的厚度，而在保障了电流扩散均勻的情况下，Ni/Au在可见光波段的光透过率最高仅为76%，这极大限制了 Ni/Au TCL在背光源、大功率照明等领域的应用。而对于ITO TCL，虽已证明其具有高可见光透光率和较低的电阻率，并且已大量应用在光电器件行业， 然而ITO中的重原子h (铟)在中高温下容易扩散，从而导致ITO TCL的性能变差，使得其在大功率应用领域受到限制。同时h还是贵重稀缺金属，在未来固态照明普遍使用下，将面临资源枯竭而不可维系的问题。SiO(氧化锌)材料不仅具有与GaN几乎完全匹配的晶格，还具有很高的可见光透过率，较低的电阻率等特性，而且还具有原料价格低廉、材料无毒环保等特点，是未来取代M/ Au和ΙΤ0，成为新一代TCL的主要可选材料。但是，目前SiO TCL的生长大多数使用溅射技术，不能精准控制外延的薄膜质量和形貌结构，仅能满足基本的导电和透明特性。综上所述，现有垂直结构氮化镓发光二极管芯片及其制造方法需要改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是提供一种垂直结构氮化镓发光二极管芯片。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种垂直结构氮化镓发光二极管芯片，顺序包括金属高反射导热层、P型GaN层、MQff 发光层、N型GaN层、导电增透层和焊线电极；所述导电增透层包括顺序附着在N型GaN层一侧表面的ZnO成核层、ZnO主体层和圆冠纳米柱状ZnO层，所述圆冠纳米柱状ZnO层附着在所述ZnO主体层外侧表面，位于ZnO主体层和焊线电极之间。本专利技术所要解决的技术问题之二是相应的提供一种垂直结构氮化镓发光二极管芯片的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种垂直结构氮化镓发光二极管芯片的制备方法，包括如下步骤51)、外延生长缓冲层及垂直结构GaNLED外延片，即选择合适的衬底，并在衬底一侧顺序生长出两性金属氧化物的缓冲层和垂直结构GaN LED外延片；52)、剥离衬底，即采用碱性容易腐蚀掉所述缓冲层，从而将垂直结构GaNLED外延片与衬底分离；53)、制备导电增透层，即在剥离掉衬底的垂直结构GaNLED外延片上制备出一层导电增透层；54)、制作焊线电极，即在导电增透层上制作焊线电极，完成垂直结构氮化镓发光二极管芯片的制备。本专利技术的有益效果是采用本专利技术一种垂直结构氮化镓发光二极管芯片的制备方法制备出的一种垂直结构氮化镓发光二极管芯片，其包括作为导电增透层的圆冠纳米柱状ZnO层，该圆冠纳米柱状 SiO层除了能满足优良的导电和透明特性外，还能精准控制生长质量和控制形貌，从而使得其对光学的萃取效率达到更高的特性；因而所制备垂直结构氮化镓发光二极管芯片具有较高外量子效率，有利于实现环保节能、可持续发展的目标。此外，采用双性金属氧化物制作缓冲层，该缓冲层易被酸碱腐蚀而自剥离，可大大降低后续剥离衬底的成本，因而能够获得更高的良品率，以及更低的生产成本。附图说明图1是本专利技术具体实施方式中垂直结构GaN LED芯片的结构示意图。图2是本专利技术具体实施方式中制造垂直结构GaN LED芯片的主要步骤流程图。图3是本专利技术具体实施方式中衬底及垂直结构GaN LED外延片的结构示意图。图4是本专利技术具体实施方式中在衬底上制备垂直结构GaN LED外延片的流程图。图5是本专利技术具体实施方式中垂直结构GaN LED外延片的摇摆曲线图。图6是本专利技术具体实施方式中垂直结构GaN LED外延片及SiO TCL的结构示意图。图7是本专利技术具体实施方式中在垂直结构GaN LED外延片上生长SiO TCL的流程图。图8是本专利技术具体实施方式中对SiO TCL样品的电阻率测试图。图9是本专利技术具体实施方式中对SiO TCL样品的光透传率测试图。图10是本专利技术具体实施方式中对SiO TCL样品层状结构的扫描电镜图。图11是本专利技术具体实施方式中对SiO TCL样品表面结构的扫描电镜图。图12是本专利技术具体实施方式中对SiO TCL样品的XRD衍射图。图13是本专利技术具体实施方式中SiO TCL样品的PL自发激射光谱图。下面将结合附图对本专利技术作进一步详述。具体实施例方式实施例一本具体实施方式将制造垂直结构GaN LED芯片，其结构如图1所示在金属高反射导热层的一侧，顺序紧贴排列有P本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种垂直结构氮化镓发光二极管芯片，顺序包括：金属高反射导热层、Ｐ型ＧａＮ层、ＭＱＷ发光层、Ｎ型ＧａＮ层、导电增透层和焊线电极；所述导电增透层包括顺序附着在Ｎ型ＧａＮ层一侧表面的ＺｎＯ成核层和ＺｎＯ主体层，其特征在于，所述导电增透层还包括圆冠纳米柱状ＺｎＯ层，所述圆冠纳米柱状ＺｎＯ层附着在所述ＺｎＯ主体层外侧表面，位于ＺｎＯ主体层和焊线电极之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，王孟源，童存声，雷秀铮，江灏，
申请(专利权)人：中山大学佛山研究院，佛山市中昊光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44