[发明专利]一种氮化物LED垂直芯片结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化物LED垂直芯片结构及其制备方法，属于LED光电子器件的制造技术领域。

背景技术

使用氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x,y≤1；x+y≤1；纤锌矿晶体结构)半导体材料制作的发光二极管LED以其节能、环保、长寿命等优点逐渐在电子显示屏、景观照明、矿灯、路灯、液晶显示器背光源、普通照明、光盘信息存储、生物医药等领域展开广泛应用。上述化合物半导体可以覆盖从红外、可见到紫外光的全部光谱能量范围，而通过控制氮化物合金的阳离子组分可以准确地定制LED器件的发射波长。从应用领域范围、市场容量来看，又以氮化物LED的应用为大宗、主流，比如，以白光LED为应用代表的半导体照明行业。

制作氮化物LED时，首先在衬底上进行氮化物LED结构的外延膜层生长，然后进行芯片器件加工得到分离的器件单元，即芯片。常见的外延生长方法包括：有机金属化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)、脉冲溅射沉积(PSD)、射频磁控溅射(RF-MS)、分子束外延(MBE)、脉冲激光沉积(PLD)、远程等离子体增强化学气相沉积(RPCVD)等系统。其中，MOCVD和HVPE方法的生长温度较高，在1000～1700℃范围；而PSD、RF-MS、MBE、PLD和RPCVD方法的生长温度较低，在20～1050℃范围不等。

目前，产业界制作氮化物LED仍然以异质外生长为主，所选用的衬底主要有三种单晶材料，分别是蓝宝石(α-Al₂O₃)、SiC(包括4H-SiC和6H-SiC)、 Si。外延生长程就是在这些与氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x,y≤1；x+y≤1)晶格常数接近的单晶材料上生长氮化物单晶薄膜。

根据衬底材料的选择不同，LED外延片进行芯片器件加工的技术路线也会不同。例如，基于蓝宝石衬底进行氮化物LED外延结构中的缓冲层往往是不导电的，而芯片产品主要有：正装、倒装和垂直芯片(或薄膜芯片)三种类型。由于蓝宝石衬底对于可见光的吸收系数很小，因此尚可通过制作正装或倒装芯片的形式，获得较好的出光效率。由于蓝宝石衬底不导电，因此制作薄膜垂直芯片时就必须去掉它。以薄膜芯片为代表的垂直芯片通常采用激光剥离的办法来实现蓝宝石衬底和外延层的分离，但是这种方法工艺复杂、设备昂贵、过程良率不高。因此，使用蓝宝石衬底的LED外延片制作垂直结构芯片时，工艺难度大，成本高。

又比如，使用n型导电SiC衬底进行LED结构生长的外延片可以制作n型导电的缓冲层，以便后期制作垂直结构的芯片。但是，这种方案仍有些许的缺憾，即n型导电SiC衬底对LED器件出射的蓝、紫光有一定程度的吸收损耗。此外，还有使用非导电型SiC衬底进行氮化物外延生长，进而制作正装芯片、倒装芯片的技术线路。

比较而言，垂直芯片比正装或倒装芯片在电流扩展上更有优势，这是因为垂直芯片的电流扩展更均匀，更适合大电流密度(≥100A/cm²)的驱动、高光功率密度输出的应用方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氮化物LED垂直芯片结构及其制备方法，本发明是在氮化物LED外延片上制作氮化物LED垂直芯片结构，适用于大电流密度(≥100A/cm²)驱动、高光功率密度输出的应用方向。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种氮化物LED垂直芯片结 构，包括n型电极、氮化物LED外延片结构及p型电极；

所述n型电极位于所述氮化物LED外延片结构的下方，且附着在所述氮化物LED外延片结构上，所述p型电极位于所述氮化物LED外延片结构的上方，且附着在所述氮化物LED外延片结构上；其中，

所述氮化物LED外延片结构包括复合衬底、一层以上的二维衍生膜及氮化物外延层，所述二维衍生膜位于所述复合衬底及所述氮化物外延层之间，且所述二维衍生膜附着在所述复合衬底的上表面上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上；

所述n型电极附着在所述复合衬底的下表面上，所述p型电极附着在所述氮化物外延层上；

所述二维衍生膜由一层或两层以上的二维纳米片材料构成，所述二维纳米片材料包括石墨烯、硅烯中的任意一种或两种的组合。

本发明的有益效果是：