[实用新型]含螺旋状环形电极的垂直结构LED芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及LED芯片技术领域，具体涉及一种含螺旋状环形电极的垂直结构LED芯片。

背景技术

Ⅲ族氮化物主要是指氮化铝，氮化铟，氮化镓以及它们的三元或四元合金，Ⅲ族氮化物能隙宽度范围涵盖了0.7-6.2eV，包含了红外光到紫外光的光谱范围。氮化镓基材料属于直接能隙化合物半导体，辐射复合效率高，被广泛应用在紫外光到蓝绿光波段的发光器件制备中。

白光发光器件一般采用蓝光发光二极管表面涂覆荧光粉的方法。而为实现通用照明，要求单颗蓝光LED芯片驱动在较大电流下仍具有较高的光输出功率。目前较为成熟的LED芯片结构主要是正装结构。正装结构芯片一般是以蓝宝石作为衬底，通过在ICP刻蚀后的n型氮化镓上分别制作n型电极。它的缺点是牺牲了芯片的发射面积，降低器件的功率；其次电流横向传输使芯片在大电流注入下易发生电流拥挤效应，导致LED芯片局部温度过高而影响芯片的使用寿命；蓝宝石衬底的导热性能差，大功率操作下器件的产热将严重影响器件的性能。所以正装结构的LED芯片并不适合制作大尺寸大功率的LED。而垂直结构LED一般是采用导热性极好的金属合金作为衬底，可以在很大程度上解决芯片的散热问题；垂直结构芯片通常会在底部P电极的上方制作反射镜将到达芯片底面的光反射回上表面出射，又提高芯片的出光效率；并且n型氮化镓作为出光面，便于进一步的在该出光面上进行粗化处理以提高光输出效率；垂直结构的芯片电极采用上下结构分布，电流可以在芯片的内部垂直通过，可以解决正装结构倒装结构芯片的电极正下方的电流拥挤现象。因此，垂直结构的LED芯片是一种较为合适的制作大尺寸大功率的LED芯片结构。垂直结构LED芯片的n型电极是在激光剥离后的n型氮化镓上形成的，金属电极与激光剥离后的氮极性面n型氮化镓形成欧姆接触比较困难，优化垂直结构LED芯片中的n型电极结构也是制备垂直结构LED芯片的重点。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种含螺旋状环形电极的垂直结构LED芯片及其制备方法。本实用新型采用区域性电镀复合金属基板，蓝宝石衬底剥离，表面复合微结构制备，螺旋状环形电极制备相结合的方法来实现垂直结构LED芯片。具体地，

含螺旋状环形电极的垂直结构LED芯片，其从下到上依次包括复合金属基板、电镀种子层、反射电极层、GaN外延层和螺旋状环形电极。

进一步地，所述复合金属基板由两种不同金属基板组合而成，下层金属基板为镍材料，厚度范围为10～50μm，上层金属基板为铜材料，厚度为100～200μm。所述复合金属基板，具有良好的导热性和支撑性。

进一步地，所述电镀种子层为Ni/Au，Cr/Au，Ti/Au，Cr/Pt/Au，Ti/Cu，TiW/Cu中的一种，该电镀种子层完全覆盖反射电极层的表面和侧面；所述电镀种子层为整层沉积；所述电镀种子层的厚度为500nm～1500nm。所述电镀种子层除了起电镀种子层作用外还在于保护反射电极层的扩散，防止造成芯片漏电失效。

进一步地，所述反射电极层是Ag-，Ni/Ag-，ITO+Ag-电极，厚度范围为120nm～500nm；所述反射电极层为区域沉积，区域面积小于LED芯片面积。

进一步地，所述GaN外延层从下到上的结构包括：p-GaN，有源区，n-GaN和u-GaN；其中u-GaN的表面为N极性氮化镓；所述u-GaN具有螺旋状环形结构的沟槽；所述u-GaN除沟槽外的表面为复合微结构。

进一步地，所述螺旋状环形电极被具有螺旋状环形结构沟槽的u-GaN包围，与n-GaN接触；所述螺旋状环形电极小于沟槽尺寸大小。

进一步地，所述螺旋状环形电极为方形螺旋，最外方形圈距离反射电极边界的水平距离为80～120μm，n型电极的线宽为10～20μm，方形螺旋间距为30～100μm，电极的螺旋圈数为2～6圈。

制备上述含螺旋状环形电极的垂直结构LED芯片的步骤如下：

[1]提供第一衬底即蓝宝石衬底，在该衬底上利用外延沉积技术生长氮化镓外延层；所述外延层包括成核层、未掺杂的氮化镓层、n型氮化镓层、有源区和p型氮化镓层；

[2]在上述氮化镓外延层上沉积一反射电极层，然后沉积一电镀种子层；

[3]在上述电镀种子层上选择性地在芯片之间的过道处涂覆地涂覆一种非导电物质；

[4]在上述种子层上区域选择性地生长金属基板（在芯片区域生长，过道处被非导电物质阻挡不能生长），形成第二衬底；