[发明专利]一种垂直LED芯片结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种垂直LED芯片结构及其制备方法，本发明通过在P型GaN层与金属反射镜之间增加一电流引导层，可以使P极电流通过时按照设定的金属小圆点进行电流流通，均匀的增大了电流密度，同时该电流引导层有SiO2薄膜，既能阻挡电流通过又能避免金属反射镜吸光，从而增大出光效率；另外N电极图形设计时采取与P电极小圆点相对应的结构，使P、N电极的电流都能均匀分布，且电流密度增大，最大限度的激发量子阱的发光效率。本发明的结构设置简单，可以大幅提升垂直芯片的光提取效率，在半导体照明领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种垂直LED芯片结构及其制备方法，属于LED芯片制备技术领域。

背景技术

以GaN为基础的发光二极管(LED)作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性等优点，正在迅速被广泛地应用于交通信号灯、手机背光源、户外全彩显示屏、城市景观照明、汽车内外灯、隧道灯等领域。因此，LED的各方面性能提升都被业界重点关注，作为核心半导体器件的GaN基蓝光LED能与荧光粉结合制造白光，在照明方面有很大的吸引力。

相比于传统的GaN基LED正装结构，垂直结构具有散热好、能够承载大电流、发光强度高、耗电量小、寿命长等优点，被广泛应用于通用照明、景观照明、特种照明、汽车照明等领域，成为一代大功率GaN基LED极具潜力的解决方案，正受到业界越来越多的关注和研究。垂直结构剥离了蓝宝石衬底，直接在外延P型层上布置反射层，器件内部有源区随机射向非出光面的光直接通过反射层反射，通常的反射层为金属反射层，避免了由于器件内部有源区随机射向非出光面而造成光抽取效率的降低。但是，由于受目前的垂直芯片电极结构所限制，当通电电流一致的情况下，N电极的电流是由点进行扩展，极易出现电流扩展不均匀，而P电极是由P面整个平面进行通电，虽然电流扩展均匀，但是扩展至量子阱的电流密度小，最终会导致光量子效率激发不充分，出光效率大大降低；除此之外，因反射层的材质一般为金铍等金属类物质，极易吸收光，也会导致光效降低。

GaN基LED的出光效率受制于量子阱的激发电流大小以及光被自身吸收的程度。为了提高LED 的出光效率，图形化衬底以及对N面GaN层进行粗化等在LED的制备中被广泛采用。但是这些手段只是在一定程度上起到了增大出光效率的作用，若想最大限度的激发光效还要从垂直芯片的结构及电极布置上进行设计。

中国专利文献CN105428475A公开了垂直LED芯片结构及其制备方法，提出了一种垂直LED芯片结构及其制备方法，在制作完GaN发光外延结构之后，通过对N面GaN层进行二次粗化，改善垂直芯片N-GaN表面粗化效果不佳的状况，从而提升光提取效率。该专利文献中所采取的提升光效的方法虽然能起到一定作用，但是利用湿法腐蚀进行二次粗化难度较大，极易发生过腐蚀的问题。

中国专利文献CN101859855A公开的一种具有表面双层粗化的四元系垂直发光二极管及其制备方法，在衬底形成一布拉格反射层，在布拉格反射层上形成第一型磊晶层，在第一型磊晶层上形成发光层，在发光层上形成第二型磊晶层，具有小圆洞或者网状结构的第一GaP窗口层形成于第二型磊晶层上，具有小圆洞或者网状结构的第二GaP窗口层形成于第一GaP窗口层上；第一电极形成于第二GaP窗口层顶面，第二电极形成于衬底底面；本发明在完成常规工艺后，采用在第一GaP窗口层与第二GaP窗口层间形成相互交错的小圆洞或者网状结构，改变从发光层发出的光线到达发光二极管芯片表面时的光路，使更多的光线从内部射出；该专利中提及的“小圆洞或者网状结构”是指对外延生长的GaP层进行湿法腐蚀而成，作用是为了改变出光光路，从而增加光折射，达到增强光效的目的；该专利通过在衬底形成一布拉格反射层作为粗化层，这种技术方案晶格匹配度差，外延层应力大，容易造成裂片。

发明内容

鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供了一种垂直LED芯片结构；

本发明还提供了上述垂直LED芯片结构的制备方法，用于解决现有技术中电流扩展不均匀、自身吸光严重、发光效率低等问题。