专利名称：垂直结构金属衬底准光子晶体hb-led芯片及制造方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片及制造方法与应用， 属半导体光电子器件领域。
背景技术：
高亮度发光二极管(High Brightness LED, HB-LED)作为第四代光源(半导体固 态照明，Solid State Lighting, SSL)的主体，它具有节能、环保、寿命长、体积小、重量轻、 抗震、安全性好(低电压驱动)，响应时间短、冷光源、色彩丰富、应用范围广等众多优点，目 前HB-LED已经广泛应用于LCD背光照明光源、汽车照明、室内外通用照明、显示屏、交通信 号灯、景观照明、微型投影机等众多领域。随着亮度的增加、功率的提高和成本的进一步降 低，它已经展现出越来越广泛的应用前景。2009年高亮度LED的产值接近60亿美元，2012 年预计将逼近100亿美元，2020年将达到1000亿美元。目前HB-LED已经呈现出爆炸性增 长。但是目前HB-LED面临两个极具挑战性问题和技术瓶颈(1)发光效率低；(2)成本高， 这严重影响和制约HB-LED进入通用照明和更加广泛的应用和市场的推广和普及。因此，增 加发光效率，提高亮度和功率，降低成本已经成为目前HB-LED迫切亟需解决和克服的技术 难题。LED的发光效率一般称为组件的外部量子效率，为组件的内部量子效率与组件光 提取效率的乘积。内部量子效率主要与组件本身的特性，如组件材料的能带、缺陷、杂质及 组件的磊晶组成及结构等相关。由于HB-LED通常采用MOCVD的外延生长技术和多量子阱 结构，在精确控制生长和掺杂，以及减少缺陷等方面已取得突破性进展，其外延片的内部量 子效率已经接近理论内部量子效率的极限。因此，通过提升内部量子效率来提高LED发光 效率的空间已经不大，目前工业界主要通过增加光提取效率的方法提高LED的发光效率。目前学术业界和工业界已经提出多种提高光提取效率的方法倒装(FlipChip)、 反射层(金属反射层、分布布拉格反射层、全反射层)、图形化衬底、表面粗化(Surface Roughening)、光子晶体、透明衬底(Transparent Substrate, TS)、三维垂直结构、激光剥离 (Laser Lifi_off，LL0)、欧姆电极形状的优化、芯片形状几何化结构(抛物线、半球形、三角 形等)、衬底转移、工艺方面的改进(封装、散热、对于白光考虑荧光粉的选择)等。但是，根 据美国光电产业协会(OIDA)的研究报告，只有当单个封装的大功率高HB-LED器件的功率 达到7. 5W以上，发光效率超过2001m/W，LED才有可能完全替代现有的各种照明光源，成为 通用照明的主要光源。尽管工业界和学术界已经开展了大量的研究，但目前HB-LED远远没 有达到该技术要求，HB-LED仍然面临进一步提高亮度的要求。此外，与现有的第二代和三 代光源相比，HB-LED目前其价格过高，同时也是目前制约HB-LED进入通用照明领域最大的 障碍。因此，发光效率低和成本高是当前HB-LED所面临最大的挑战性问题，也是亟待解决 和突破的核心问题。光子晶体LED目前被业界认为是提高取光效率，实现超高亮度LED最有效的技术手段之一。理论研究显示指出，通过合理设计光子晶体的几何结构参数(形状、周期、高度、 占空比等参数)，即使采用常规芯片结构，并保持原有的衬底，采用表面光子晶体其出光效 率也可以达到40%。Philips Lumileds研究人员2009年开发出光提取效率达到73%的 光子晶体LED (该小组的最佳组件具有厚700nm的氮化镓膜，并以干法刻蚀方式制作250nm 深的光子晶体图形，以便让光绕射离开LED。最理想的光子晶体具有A13晶格，它是单位晶 胞由13个孔洞组成的三角图形，晶格常数为450nm)，其最高亮度是目前一般LED的2倍 (Nature, Photonics, Vol. 3，ρ· 163,2009. )。Luminus Devices 较早的采用 了光子晶体，2008 年年底获得了 1071m/W的光子晶体LED，成为该器件新的性能标志。该公司已将开发出高亮 度光子晶体PhatLight LED应用在一些高端电视中(例如三星56寸背投电视)和微型投 影机。Cree在2008年底获得了 1071m/W的光子晶体LED，成为该组件新的性能标志。 与光子晶体LED相比，准光子晶体(光子准晶)结构LED表现出更好的光学特性。 准晶光子晶体(Photonic Quasi-crystals, PQCs)是一种介电材料呈准晶结构排列的光子 带隙材料，它具有旋转对称性和长程指向性，但没有平移对称性(周期性)，并表现出短程 无序性而长程有序性的特性。准光子晶体与光子晶体的显著不同点在于，光子晶体的介电 常数按周期晶格分布，而光子准晶的介电常数按照准晶格子结构分布。准光子晶体具有产 生完全带隙的折射率阈值低、光子带隙与入射方向无关、产生局域态无需缺陷等优于周期 性光子晶体的性能。此外，周期结构光子晶体远场发射仅局限于布拉格顶点，难以实现远场 的照度均勻性(uniform illumination of far-field)。限制了光子晶体LED在许多领域 的应用。而准光子晶体可以获得均勻一致理想的远场照明。此外，对二维光于晶体而言，因 为三角形晶格具有较高的对称性，光子晶体LED通常采用该结构。但对准光子晶体而言，它 的排列变化较多，其中有些甚而可形成8、9、10、12重(fold)等的高旋转对称结构，这样的 对称性使得在反晶格的高对称点上出现能阶简并(degeneracy)，而有更大的可能性出现宽 带隙。所以，二维准光子晶体由于它可以具有比二维光子晶体更高的旋转对称性，因而它的 频带特性对光的入射方向的影响不大，所以更容易形成完全光子带隙。将准光子晶体结构应用于LED，并结合其它高取光效率的方法(例如反射层、电流 阻挡和扩散层、垂直结构、金属衬底等)，可以进一步提升HB-LED的出光效率，有效的提升 了发光二极管的亮度和功率。为实现功率型高亮度和超高亮度LED的开发提供一种全新的 思路和方法。纳米压印光刻(Nanoimprint Lithography, NIL)是一种新的纳米结构制造方法， 它具有高分辩率、超低成本(国际权威机构评估同等制作水平的NIL比传统光学投影光刻 至少低一个数量级)和高生产率等特点，而且它最显著的优势在于大面积和复杂三维微纳 结构制造的能力(尤其对于软UV-NIL)。此外，NIL是通过抗蚀剂的受力变形实现其图形 化，不涉及各种高能束的使用，对于衬底的损伤小。而且还具有整片晶圆压印的能力。目前 SUSS、MII和Obducat等公司均已经开发出用于制造光子晶体LED的纳米压印设备，纳米压 印光刻在低成本、规模化制造光子晶体和准光子晶体LED方面已经显示了巨大的潜能。与 电子束光刻、全息光刻、阳极氧化铝模板(AAO)、干法刻蚀等微纳米制造方法制造光子晶体 和准光子晶体结构相比较，NIL具有成本低、生产率高、可制造晶圆尺寸大的优点，以及可在 不平整晶圆上制造光子晶体和准光子晶体结构显著优势。为大面积、低成本光子晶体和准 光子晶体结构和器件的制造提供了一种理想的方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种垂 直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片，本发明 的另一目的就是提供一种基于纳米压印光刻实现低成本、高效、大批量制造该芯片的制作 方法及其应用。为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案一种垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片，包括一个金属衬底，在金属衬 底之上设有外延片，所述外延片两侧设有钝化保护层；所述的外延片自下向上依次为金 属键合层、金属反射层、电流扩展和P型欧姆接触层、P型半导体层、发光层、N型半导体层、 电流阻挡层、具有准光子晶体结构的透明导电层和N型电极；所述钝化保护层位于金属衬 底之上外延片两侧。所述的透明导电层材料为氧化铟锡ITO或者氧化锌ZnO层，其厚度是 300nm-800nm ；采用8重或12重二维准光子晶体结构，晶格常数200-900nm，光子晶体的高 度 50nm-300nmo所述金属衬底包括最下层的P型电极、中间的衬底层以及衬底层之上的金属键合 层；衬底层为铜、铜合金、铝合金、银、镍或镍/铜中的一种；或采用硅衬底；P型电极为Ti/ Au、Ni/Au 或 Cr/Au，厚度 100nm_400nm。所述金属键合层为金属衬底和外延片共用，为Ni/Au、Ti/Cu、Ti/Au或Au/Sn中的 一种或者任意两种的组合。所述发光层包括多层量子阱结构、双异质结结构、多层量子点结构或多层量子线； 所述电流阻挡层的厚度是100mm-200nm ；所述N 型电极为 Ti/Al、Ti/Au、Cr/Au 或 Ti/AI/Ti/Au，厚度 100_400nm。所述钝化保护层为二氧化硅SiO2或氮化硅Si3N4，厚度是100nm-600nm。它适用于III-V族、II-IV族、III族氮化物半导体发光材料体系发光二极管的制
造它用于GaN基发光二极管的制造。一种垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片制造方法，包括如下工艺步骤 (1)外延片制造；(2)金属衬底制造；(3)外延片和金属衬底的键合；(4)剥离外延片上原有 的衬底；(5)电流阻挡层制造；(6)具有准光子晶体结构透明导电层制造；(7)N型和P型欧 姆电极的制作；(8)钝化保护层制作。所述外延片制造方法首先采用金属有机化学沉积外延工艺在衬底上依次生长 成核层、缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层；随后，采用电子束蒸发工艺在P型半 导体层之上沉积电流扩展和P型欧姆接触层以及金属反射层；最后，通过磁控溅射在金属 反射层上溅射金属键合层。所述具有准光子晶体结构透明导电层的制造方法首先采用电子束蒸发工艺在N 型半导体和电流阻挡层之上蒸镀透明导电层；随后，采用软紫外纳米压印和等离子体刻蚀 工艺在透明导电层上制作出准光子晶体结构。本发明中，1)外延片制造
外延片以蓝宝石、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)等为衬底，采 用金属有机化学沉积(MOCVD)外延工艺依次生长成核层、缓冲层、N型半导体层、发光层、 P型半导体层；随后，采用电子束蒸发工艺在P型半导体层之上沉积电流扩展和P型欧姆接 触层以及金属反射层；最后，通过磁控溅射在金属反射层之上溅射金属键合层。2)金属衬底的制造以金属或者金属合金为转移衬底，在其上溅射金属键合层。3)外延片和金属衬底的键合采用金属键合工艺将外延片转移到金属衬底上。
4)剥离外延片上原有的衬底采用激光剥离工艺(Laser Lift-Off，LL0)去除外延片上原有的衬底。5)电流阻挡层制造在N型半导体层上沉积SiO2，采用光刻和刻蚀工艺制造电流阻挡层。6)具有准光子晶体结构透明导电层制造首先采用电子束蒸发工艺在N型半导体和电流阻挡层之上蒸镀透明导电层；随 后，采用软紫外纳米压印和等离子体刻蚀工艺(ICP)在透明导电层上制作出准光子晶体结 构。7) N型和P型欧姆电极的制作采用光刻和电子束蒸发制作N型和P型欧姆电极。8)钝化保护层制作在衬底之上外延片两侧沉积钝化保护层。为了提高HB-LED的发光效率和功率，本发明综合采用以下技术方案(1)提高光提取效率通过采用准光子晶体结构和反射层直接提高取光效率；(2) 改善电流分布通过采用垂直结构设计、电流扩展层和电流阻挡层实现电流均勻分布，减少 电流拥塞现象，间接提高取光效率；(3)提高散热性能通过采用金属或者金属合金衬底， 降低热阻，有效改善散热特性，间接提高取光效率并提高其功率。为了降低HB-LED的生产成本，本发明采用以下技术方案(1)采用软紫外纳米压印光刻制作准光子晶体结构，实现其大面积、低成本和大规 模化制造；(2)通过采用金属键合工艺和激光剥离实现将外延片转移到金属衬底上，并剥 离外延片原有的衬底。本发明外延片在制备过程中使用的衬底材料包括蓝宝石、碳化硅(SiC)、硅 (Si)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)。本发明发光层(有源层)包括量子阱结构、异质结结构、量子点结构或量子线。本发明外延片沉积的电流扩展层和P型欧姆接触层包括Ni/Au、IT0或ZnO ；金属 反射层包括Ni/Ag或Ag/Cu。本发明采用导电和导热性能优良的金属或者金属合金为衬底，包括金属铜、铜合 金、铝合金、银、镍或镍/铜。也可以采用硅衬底，衬底其厚度是10 μ m-400 μ m。本发明金属衬底和外延片上的金属键合层包括Ni/Au、Ti/Cu、Ti/Au或Au/Sn，或 者任意两者的组合。本发明透明导电层材料包括氧化铟锡(ITO)和氧化锌(ZnO)，其厚度是300nm-800nm。
本发明电流阻挡层的厚度是100mm-200nm。本发明采用8重或12重二维准光子晶体结构，晶格常数200-900nm，光子晶体的高 度 50nm-300nmo本发明二维准光子晶体结构具有长程有序性但短程无序性。通过优化准光子晶体 结构最邻近图形的距离、图形的大小、和深度(高度)，可以进一步提升光提取效率。本发明N 型电极包括 Ti/Al、Ti/Au、Cr/Au 或 Ti/AI/Ti/Au ；P 型电极包括 Ti/Au、 Ni/Au 或 Cr/Au。本发明钝化保护层包括二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)。其厚度是 100nm-600nm。本发明适用于III-V族、II-IV族、III族氮化物半导体发光材料体系发光二极管 的制造，尤其适合GaN基发光二极管的制造。本发明的优点是1)充分结合准光子晶体、金属反射层、电流扩展层和电流阻挡层、金属衬底和垂直 结构设计的优势，极大的提高了出光效率、实现电流均勻分布，降低热阻，有效改善散热性 能，提供了一种实现高亮度、大功率LED芯片的方法。2)本发明提供制造该高亮度准光子晶体工艺，具有生产成本低、高效、适合大规模 化制造的特点。3)本发明制作的发光二极管具有亮度高、功率大、远场照度均勻、发光均勻一致、 出光效率高、散热性能好(热阻低)、制造成本低的显著特点。4)本发明不仅适用于GaN基蓝光、绿光和白光HB-LED，还适用于其它波长、其它材 料体系(III-V、II-IV)发光二极管及有机发光二极管的制造。5)本发明可以同时有效地解决LED芯片的散热问题和提高取光效率。为功率型高 亮度LED的开发提供一种有效解决方案。
图1是本发明的垂直结构准光子晶体发光二极管芯片结构示意图。图2是本发明的垂直结构准光子晶体发光二极管芯片制造工艺步骤图。图3是本发明的实施例1垂直结构GaN基准光子晶体发光二极管芯片结构示意 图。图4是本发明实施例1垂直结构准光子晶体发光二极管芯片制造工艺示意图。图5是本发明实施例1制造的外延片结构示意图。图6是本发明实施例1采用软紫外纳米压印和等离子体刻蚀(ICP)工艺在透明导 电层上制作出准光子晶体结构示意图。图7是本发明实施例1准光子晶体结构示意图。图8是本发明实施例2的结构示意图。图9是本发明实施例2准光子晶体结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和发明人依本发明的技术方案给出的实施例对本发明作进一步的 详细描述。垂直结构金属衬底准光子晶体发光二极管芯片结构示意图参见图1，主要由金属 衬底1，金属衬底1之上的外延片2，外延片2两侧的钝化保护层3三部分组成。金属衬底 1包括最下层的P型电极101、中间的衬底102，以及衬底102之上的金属键合层103(该层 与外延片2的金属键合层201是共用关系)。金属衬底1之上的外延片2自下向上依次为 金属键合层201、金属反射层202 ；电流扩展和P型欧姆接触层203 ；P型半导体层204 ；发光 层205 ；N型半导体层206 ；电流阻挡层207 ；具有准光子晶体结构的透明导电层208 ；N型电 极209。钝化保护层3位于金属衬底1之上外延片2的两侧。垂直结构金属衬底准光子晶体发光二极管芯片制造工艺步骤参见图2，包括(1) 外延片制造；(2)金属衬底制造；(3)外延片和金属衬底的键合；(4)剥离外延片上原有的 衬底；(5)电流阻挡层制造；(6)具有准光子晶体结构透明导电层制造；(7)N型和P型欧姆 电极的制作；(8)钝化保护层制作。实施例1 以金属铜(Cu)为衬底，垂直结构GaN基准光子晶体LED为实施例1，其具体的结构 示意图如图3所示。包括垂直结构GaN基准光子晶体LED自下而上依次为Ti/Au的P型 电极101 ；金属Cu衬底102 ；Ti/Cu材料金属键合层103、201 ；Ni/Ag的金属反射层202 ；Ni/ Au的电流扩展和P型欧姆接触层203 ；P-GaN的P型半导体层204 ；5层InGaN/GaN多量子 阱(MQW)发光层205 ；N-GaN的N型半导体层206 ；SiO2电流阻挡层207 ； ITO的具有准光子 晶体结构的透明导电层208 ；Cr/Au的N型电极209 ；SiO2钝化保护层3。本实施例1具体制造的方法图4是本发明的垂直结构准光子晶体发光二极管芯片制造工艺示意图，具体工艺 步骤如下1)外延片制造外延片的制造如图4A到图4D所示。采用金属有机化学沉积(MOCVD)外延工艺，在蓝宝石衬底213上生长50nm GaN成 核层212，在成核层212之上生长未掺杂2μπι GaN缓冲层211 ；接着依次生长3 μ m N-GaN 的N型半导体层206、5层共IOOnm的量子阱发光层205、200nm的P-GaN的P型半导体层 204(如图4A)；随后，采用电子束蒸发工艺在P型半导体层之上沉积50nm Ni/Au电流扩展 和P型欧姆接触层203 (如图4B)、100nmNi/Ag的金属反射层202 (如图4C)，最后，通过磁控 溅射在金属反射层上溅射20nm Ti和200nm Au的金属键合层201 (如图4D)。图5是工艺步骤1制作完成的外延片结构示意图，外延片自上向下依次为蓝宝石 衬底213 ；成核层212 ；缓冲层211 ；N型半导体层206 ；发光层205 ；P型半导体层204 ；电流 扩展和P型欧姆接触层203 ；金属反射层202 ；金属键合层201。2)金属衬底的制造以铜(Cu)为衬底102，采用磁控溅射工艺在其上溅射20nm/200nm的Ti/Au金属键 合层103。3)外延片和金属衬底的键合
采用金属熔融键合工艺，将外延片转移到金属衬底上。分别以外延片上的Ti/Au 金属键合层201和Cu衬底上的Ti/Au金属键合层103为键合界面。如图4E所示。4)剥离外延片上的蓝宝石衬底采用激光剥离工艺(Laser Lift-Off，LL0)去除外延片的蓝宝石衬底213、GaN成 核层212和缓冲层211。如图4F所示。5)电流阻挡层的制造 首先采用等离子增强化学蒸发沉积(Plasma-enhanced chemical vapord印osition，PECVD)工艺在N-GaN的N型半导体层206之上沉积50nm厚的SiO2电流 阻挡层207;随后，采用光刻和刻蚀工艺制造出凸的台面结构(ΙΟΟμπιΧ ΙΟΟμπι)，电流阻挡层 207的大小应与N型电极209的大小一致，并位于N型电极209的正下方。如图4G所示。6)具有准光子晶体结构透明导电层的制造 首先采用电子束蒸发工艺在N-GaN的N型半导体层206和SiO2电流阻挡层207之 上蒸镀200nmIT0透明导电层208，如图4H所示；随后，采用软紫外纳米压印和等离子体刻 蚀(ICP)工艺在ITO透明导电层208上制作出准光子晶体结构。如图41所示。图6是采用软紫外纳米压印和等离子体刻蚀(ICP)工艺在ITO透明导电层208 上制作出准光子晶体结构工艺示意图。图A为在ITO透明导电层208之上沉积30nmCr层 501，然后在Cr层501表面上再均勻旋转涂铺200nmUV纳米压印所用的抗蚀剂502 ；图B具 有准光子晶体结构的模具与衬底和外延片对正后，压向抗蚀剂，实现模具上的准光子晶体 结构到抗蚀剂特征图形的转移；随后，采用紫外光从模具背面照射抗蚀剂材料，曝光固化成 型后，脱模，显影、坚膜后在抗蚀剂502上复制出模具准光子晶体结构511 ；图C为使用反应 离子刻蚀RIE(Reactive Ion Etching)去除残留层的光刻胶514，在抗蚀剂材料上复制出模 具准光子晶体结构511 ；图D为采用感应耦合等离子体刻蚀(ICP)工艺以抗蚀剂上的图形 为掩模，刻蚀Cr层501 ；图E为以Cr层501上的图形为掩模，刻蚀ITO透明导电层208，将 抗蚀剂上的准光子晶体结构511转移到ITO透明导电层208 ；图F为去除抗蚀剂502和Cr 层501，在ITO透明导电层208上制作出准光子晶体结构511。转移到ITO透明导电层208 上的特征结构为12重二维准光子晶体结构511，孔的直径lOOnm，填充因子26%，准光子晶 体的高度IOOnm(如图7所示)。7) N型和P型欧姆电极的制作以Cr/Au为N型电极209，Ti/Au为P型电极101。采用电子束蒸发的方法制作N 型电极209，电极厚度400nm。采用光刻和电子束蒸发的方法制作P型电极101，电极厚度 200nm。如图4J所示。8)钝化保护层制作以SiO2为钝化保护层材料，利用等离子体化学气相沉积在衬底之上外延片两侧沉 积200nm钝化保护层3。如图4K所示。实施例2如图8所示，本实施例与实施例1相似，其区别在于衬底102是铜合金；ITO的 电流扩展层和P型欧姆接触层203 ；Ag/Cu的金属反射层202 ；氧化锌(ZnO)的透明导电层 208 ；氮化硅(Si3N4)的钝化保护层3。ZnO的透明导电层208上的特征结构为12重向日葵型 二维准光子晶体结构511，空气孔的平均直径80nm，最邻近空气孔的孔心距离约为200nm，准光子晶体的高度120nm(如图9所示)。本发明在透明导电层上制作准 光子晶体结构，避免对有源层产生较大损伤，影响 LED发光效率。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。当然，这些依据本发明精 神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
权利要求
一种垂直结构金属衬底准光子晶体HB LED芯片，其特征在于，包括一个金属衬底，在金属衬底之上设有外延片，所述外延片两侧设有钝化保护层；所述的外延片自下向上依次为金属键合层、金属反射层、电流扩展和P型欧姆接触层、P型半导体层、发光层、N型半导体层、电流阻挡层、具有准光子晶体结构的透明导电层和N型电极；所述钝化保护层位于金属衬底之上外延片两侧。
2.如权利要求1所述的垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片，其特征在于，所述 的透明导电层材料为氧化铟锡ITO或者氧化锌ZnO层，其厚度是300歷-800歷；采用8重或 12重二维准光子晶体结构，晶格常数200-900nm，光子晶体的高度50nm-300nm。
3.如权利要求1所述的垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片，其特征在于，所述 金属衬底包括最下层的P型电极、中间的衬底层以及衬底层之上的金属键合层；衬底层为 铜、铜合金、铝合金、银、镍或镍/铜中的一种；或采用硅衬底；P型电极为Ti/Au、Ni/Au或 Cr/Au，厚度 100nm-400nm。
4.如权利要求1或3所述的垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片，其特征在于， 所述金属键合层为金属衬底和外延片共用，为Ni/Au、Ti/Cu、Ti/Au或Au/Sn中的一种或者 任意两种的组合。
5.如权利要求1所述的垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片，其特征在于，所述 发光层包括多层量子阱结构、双异质结结构、多层量子点结构或多层量子线；所述电流阻挡 层的厚度是100mm-200nm。
6.如权利要求1所述的垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片，其特征在于，所述 N 型电极为 Ti/Al、Ti/Au、Cr/Au 或 Ti/AI/Ti/Au，厚度 100_400nm。
7.如权利要求1所述的垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片，其特征在于，所述 钝化保护层为二氧化硅SiO2或氮化硅Si3N4，厚度是100nm-600nm。
8.如权利要求1所述的垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片，其特征在于，它适 用于III-V族、H-IV族、III族氮化物半导体发光材料体系发光二极管的制造。
9.如权利要求1所述的垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片，其特征在于，它用 于GaN基发光二极管的制造。
10.一种垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片制造方法，其特征在于，包括如下 工艺步骤(1)外延片制造；(2)金属衬底制造；(3)外延片和金属衬底的键合；(4)剥离外 延片上原有的衬底；(5)电流阻挡层制造；(6)具有准光子晶体结构透明导电层制造；(7)N 型和P型欧姆电极的制作；(8)钝化保护层制作。
11.根据权利要求10所述的垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片制造方法，其 特征在于，所述外延片制造方法首先采用金属有机化学沉积外延工艺在衬底上依次生长 成核层、缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层；随后，采用电子束蒸发工艺在P型半 导体层之上沉积电流扩展和P型欧姆接触层以及金属反射层；最后，通过磁控溅射在金属 反射层上溅射金属键合层。
12.根据权利要求10所述的垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片制造方法，其特 征在于，所述具有准光子晶体结构透明导电层的制造方法首先采用电子束蒸发工艺在N 型半导体和电流阻挡层之上蒸镀透明导电层；随后，采用软紫外纳米压印和等离子体刻蚀 工艺在透明导电层上制作准光子晶体结构。
全文摘要
本发明涉及一种垂直结构金属衬底准光子晶体HB-LED芯片及制造方法与应用。包括一个金属衬底，在金属衬底之上设有外延片，所述外延片两侧设有钝化保护层；所述的外延片自下向上依次为金属键合层、金属反射层、电流扩展和P型欧姆接触层、P型半导体层、发光层、N型半导体层、电流阻挡层、具有准光子晶体结构的透明导电层和N型电极；所述钝化保护层位于金属衬底之上外延片两侧。提高了出光效率、实现电流均匀分布，降低热阻，有效改善散热性能。
文档编号H01L33/00GK101969092SQ20101028383
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者丁玉成, 兰红波 申请人:兰红波