[发明专利]一种高发光效率的垂直结构LED芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种高发光效率的垂直结构LED芯片，其特征在于：自下而上依次包括导电衬底、金属键合层、金属反射层、p型GaN层、InGaN/GaN量子阱层和n型GaN层，所述n型GaN层上设有n电极，未被n电极覆盖的n型GaN层上设有ZnO纳米柱层。

2.根据权利要求1所述高发光效率的垂直结构LED芯片，其特征在于：所述金属键合层为Sn/Au键合层且Au层靠近导电衬底，所述金属反射层为Ni/Ag/Ni/Au反射层且Au层靠近金属键合层，所述n电极为Cr/Pt/Au电极层且Cr层靠近n型GaN层。

3.根据权利要求2所述高发光效率的垂直结构LED芯片，其特征在于：所述金属反射层为Ni/Ag/Ni/Au反射层，其中Ni层的厚度都为0.1～10nm，Ag层的厚度为10～200nm，Au层的厚度为10～200nm；

所述金属键合层为Sn/Au键合层，其中Sn层的厚度为0.1～3μm，Au层的厚度为10～200nm；

所述n电极金属为Cr/Pt/Au层，其中Cr层的厚度为10～200nm，Pt层的厚度为5～100nm，Au层厚度为10～100nm。

4.根据权利要求1所述高发光效率的垂直结构LED芯片，其特征在于：所述n型GaN层的厚度为1～5μm；所述InGaN/GaN量子阱层为5～15个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN阱层的厚度为1～5nm；GaN垒层的厚度为1～20nm；所述p型GaN层的厚度为100～350nm。

5.根据权利要求1所述高发光效率的垂直结构LED芯片，其特征在于：所述导电衬底中未被金属键合层覆盖的表面设有保护层。

6.根据权利要求5所述高发光效率的垂直结构LED芯片，其特征在于：所述保护层为Pt；其厚度为20～300nm。

7.根据权利要求1～6任一项所述高发光效率的垂直结构LED芯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在Si衬底上外延生长LED外延片，包括生长在Si衬底上的非掺杂GaN层，生长在非掺杂GaN层上的n型GaN层，生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱，生长在InGaN/GaN量子阱上的p型GaN层；所述Si衬底以(111)面为外延面；所述非掺杂GaN层的厚度为100～300nm；所述n型GaN层的厚度为1～5μm；所述InGaN/GaN量子阱为5～15个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN阱层的厚度为1～5nm；GaN垒层的厚度为1～20nm；所述p型GaN层的厚度为100～350nm；

(2)在LED外延片表面蒸镀金属反射层即p型GaN层上依次蒸镀Ni层、Ag层、Ni层和Au层，所述Ni/Ag/Ni/Au层为金属反射层，其中Ni层的厚度为0.1～10nm，Ag层的厚度为10～200nm，Au层的厚度为10～200nm；接着对蒸镀后的金属反射层进行高温退火，退火氛围为空气，高温退火的条件为：温度为100～600℃，时间为10～300秒；然后在金属反射层的表面依次蒸镀金属键合层即依次蒸镀Sn层、Au层，所述金属键合层为Sn/Au键合层，其中Sn层的厚度为0.1～3μm，Au层的厚度为10～200nm；

(3)使用金属高温高压键合的方式通过金属键合层将LED外延片转移至导电的Si(100)衬底上；接着，在键合后的Si(100)衬底上蒸镀Pt作为金属保护层，其厚度为20～300nm；

(4)使用化学腐蚀方法剥离靠近非掺杂GaN层上的Si(111)衬底；采用ICP刻蚀法去除非掺杂GaN层；随后，在n型GaN层上通过匀胶、光刻、显影制备n电极图案；使用电子束蒸发设备，根据n电极图案在n型GaN层上沉积n电极金属即依次沉积Cr层、Pt层、Au层；所述n电极金属为Cr/Pt/Au层，其中Cr层的厚度为10～200nm，Pt层的厚度为5～100nm，Au层厚度为10～100nm；去除多余电极金属，制备出垂直结构LED芯片；

(5)在垂直结构LED芯片表面制备ZnO纳米柱：将芯片浸入硝酸锌和六亚甲基四胺混合溶液中，将芯片和混合溶液置入聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行水热反应；随后取出芯片并在去离子水中超声清洗然后烘干，在真空下对芯片进行退火处理，得到高发光效率的垂直结构LED芯片。