[发明专利]一种自支撑垂直结构GaN基LED芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED芯片，尤其涉及一种自支撑垂直结构GaN基LED芯片及其制备方法。

背景技术

GaN基半导体发光二极管(LED)是一种新型固态冷光源，具有效率高、寿命长、体积小、电压低等诸多优点，尤其是在节能环保方面，LED相比普通白炽灯和荧光灯具有明显的优势。目前，LED已经广泛应用于人们的日常生活中，交通红绿灯、户外显示器、手机背光源等都已经开始采用LED。

目前，GaN基LED芯片外延层都是采用价格相对低廉的蓝宝石作为异质衬底，由于蓝宝石衬底是绝缘的材料，因此LED芯片无法实现垂直结构，只能采用同侧电极结构。同侧电极结构的电流为侧向注入，导致流过有源层的电流不均匀，出现电流簇拥效应和局部热效应等问题，影响了器件工作的可靠性，缩短使用寿命。利用键合以及激光剥离技术将LED芯片转移到导热性好的基板上并制备出垂直结构LED芯片是解决以上问题的重要方法之一。由于采用了导热性能好的基板，可以有效提高LED芯片的散热性能，解决电流不均匀问题，增加芯片使用寿命。

使用导热性能好的基板进行GaN基薄膜转移后,器件划片必须使用切割机或激光进行切割，用这种方法会出现金属基板卷边和喷溅而导致短路等不良问题。本申请人在中国专利CN201310057538.1中公开一种GaN基外延薄膜自分裂转移方法，该方法提供了一种不仅可降低成本，简化工艺，而且可避免金属基板切割和解决因切割基板而造成器件的短路问题。

发明内容

本发明的目的在于提供可解决LED芯片的散热问题以及因切割金属衬底而造成的器件短路问题的一种自支撑垂直结构GaN基LED芯片及其制备方法。

所述自支撑垂直结构GaN基LED芯片自下而上包括：支撑基底、P型电极层、P型GaN基材料层、多量子阱层、N型GaN基材料层和N型电极。

所述支撑基底的厚度可为10～200μm。

所述多量子阱层包含InyGa1-yN或AlyGa1-yN,其中y=0～1。

所述自支撑垂直结构GaN基LED芯片的制备方法，包括以下步骤：

1）在外延片表面镀上P型金属电极层，并当作反射镜使用；

2）采用光刻和镀膜技术在金属电极层上形成图形化厚金属基底；

3）将样品键合到蓝膜上；

4）采用紫外波段激光光源透过蓝宝石衬底辐照样品，剥离蓝宝石衬底；

5）粗化剥离后暴露出的n-GaN表面；

6)制作n-GaN表面电极，得到自支撑GaN基LED芯片。

在步骤1)中，所述金属采用与p-GaN形成欧姆接触并具有高反射率的金属，或先蒸镀与p-GaN形成欧姆接触的材料，再蒸镀具有高反射率的金属；所述金属可选自Ag或Al等。

在步骤2)中，所述图形化厚金属基底是铜基底、金基底、镍基底、锌基底等金属以及它们的合金。

在步骤5)中，所述粗化剥离后暴露出的n-GaN表面可采用干法粗化法或湿法粗化法。

本发明具有以下有益效果：

1.利用本发明可以避免同侧电极带来的电流不均匀性和局部热效应，延长LED芯片的寿命。

2.利用本发明可以消除蓝宝石带来的热效应，解决LED芯片的散热问题。

3.利用本发明可避免等离子体刻蚀对发光区的损伤，有利于制备出高效的器件，工艺得到了简化，成本降低。

4.利用本发明可避免金属基板切割和解决因切割基板而造成的器件短路问题。

附图说明

图1为本发明自支撑垂直结构GaN基LED芯片实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明提供一种自支撑垂直结构GaN基LED芯片及其制备方法，以解决LED芯片的散热问题以及因切割金属衬底而造成的器件短路问题。图1为本发明中自支撑垂直结构GaN基LED芯片结构图。如图1所示，该LED芯片自下而上依次包括：铜支撑基底1，P型电极层2，P型GaN层3，多量子阱层4，N型GaN层5和N型电极6.

本发明自支撑垂直结构GaN基LED芯片的制备步骤如下：

步骤1：用标准清洗方法清洁蓝宝石上生长的GaN基薄膜外延片表面,清洗方法如下：甲苯，丙酮，乙醇各超声5min，再用去离子水充分冲洗，将样品放入120℃烤箱烘烤30min以上。