[发明专利]一种基于光子晶体的垂直结构LED芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于光子晶体的垂直结构LED芯片及其制备方法，芯片包括由下至上依次排列的Si或者Cu衬底层、Al单晶金属薄膜层、p－GaN薄膜层、i－AlN薄膜层、n－ZnO层薄膜和单晶光子晶体薄膜层，采用p型GaN/n型ZnO异质结构，具有热稳定性高、化学稳定性好、技术成熟等优点，采用光子晶体取代ITO发展垂直结构的LED芯片，简化了芯片结构和芯片制程工序，有利于提高LED器件的出光效率，改善器件内部电流分布均匀性，光电性能优异，有利于制备低成本、大功率光电器件。

技术领域

本发明涉及一种LED芯片及其制备方法，特别是一种基于光子晶体的垂直结构LED芯片及其制备方法。

背景技术

发光二极管(LED)作为一种新型固体照明光源和绿色光源，具有体积小、耗电量低、环保、使用寿命长、高亮度、低热量以及多彩等突出特点，在室外照明、商业照明以及装饰工程等领域都具有广泛的应用。当前，在全球气候变暖问题日趋严峻的背景下，节约能源、减少温室气体排放成为全球共同面对的重要问题。以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济，将成为经济发展的重要方向。在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，21世纪将是以LED为代表的新型照明光源的时代。但是现阶段LED的应用成本较高，发光效率较低，这些因素都会大大限制LED向高效节能环保的方向发展。

目前，LED大多是基于GaN半导体材料的。然而，GaN材料由于制造设备相对昂贵、资源有限、薄膜外延困难等问题限制其持续性发展。因此及时研发下一代LED半导体材料是十分必要和急迫的。ZnO半导体材料的激子束缚能高达60meV，远远大于GaN的(25meV)，有利于实现室温下的激光发射，且具有外延生长温度低、成膜性能好、原材料丰富、无毒等优点，且ZnO的制备及其器件应用研究也成为近年来的热点，ZnO有望成为GaN的理想替代材料之一。然而，由于ZnO材料高浓度p型掺杂困难，目前非极性ZnO基LED大多是基于异质结构，主要以p氧化物/n型ZnO和p型GaN/n型ZnO为主。与p型氧化物相比，p型GaN具有热稳定性高、化学稳定性好、技术成熟等优点，因此，p型GaN/n型ZnO异质结LED成为主流发展方向。

在LED中ITO被用来充当电极层，提高电流分布的均匀性。然而，ITO也存在较大的电阻，而且它还会在一定程度上降低出光效率。如果在保证或者进一步提高电流分布均匀性和LED性能的前提下，能够取消ITO，那么这对于提高LED的性能、减少工序和降低成本将会产生意义深远的影响。

光子晶体是一种新型的技术，可以有效提高LED器件的出光效率和改善LED的内部热场。此外，垂直结构LED也是改善器件内部电流分布均匀性的有效手段之一。

基于上述考虑，以金属光子晶体取代ITO发展垂直结构LED芯片将会对有效的提高LED的性能，极大地促进LED的发展。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于光子晶体的垂直结构LED芯片及其制备方法，具有结构简单、光电性能好的优点。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种基于光子晶体的垂直结构LED芯片，包括由下至上依次排列的Si或者Cu衬底层、Al单晶金属薄膜层、p-GaN薄膜层、i-AlN薄膜层、n-ZnO薄膜层和单晶光子晶体薄膜层。本LED芯片采用p型GaN/n型ZnO异质结构，具有热稳定性高、化学稳定性好、技术成熟等优点，采用光子晶体取代ITO发展垂直结构的LED芯片，简化了芯片结构和芯片制程工序，有利于提高LED器件的出光效率，改善器件内部电流分布均匀性，光电性能优异，有利于制备低成本、大功率光电器件。

进一步，所述单晶光子晶体薄膜层的材料为AlAg、AlAu、AlCu或者AlNi,其图案为规则排列的方形、圆形或者正多边形,其厚度为150-2000nm。规则排列的图案有利于提高LED器件的出光效率。

进一步，所述Al单晶金属薄膜层厚度为150-2000nm。