专利名称：一种垂直结构GaN基LED芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体光电器件领域，特别涉及一种垂直结构GaN基LED芯片。
背景技术：
近年来随着半导体技术的发展，节能、可靠的LED白色光源已经商品化。市场需求，推动了半导体照明技术高速发展，高于801m/W的大功率白光LED已经商业化。然而，人们最终的期望是用半导体照明替代传统的照明技术，获得高效、灵活、环保和耐久的光源， 真正实现高效、节能、长寿命的目的。目前，在关键的白光LED技术上，虽然已经在一定的范围内获得实际的应用，但与传统照明光源和技术相比，没有体现出明显的优势，在一些领域甚至还显劣势。从半导体照明的技术发展状况来看，短时间内使白光LED的效率大幅提高、 成本大幅下降的可能性很小，可预见的技术途径的发展潜力有限，对于如何实现半导体白光照明的超高效、低成本，是我国，也是全世界半导体照明领域面临的最重要的问题。提高半导体白光LED的发光效率和降低成本，成为半导体照明技术领域的最重要研究方向。要想得到大功率LED器件，就必须制备合适的大功率LED芯片。国际上通常的制造大功率LED芯片的方法包括1、加大尺寸法通过增大单体LED的有效发光面积和尺寸，促使流经TCL层的电流均勻分布，以达到预期的光通量。但是，简单地增大发光面积无法解决散热问题和出光问题，并不能达到预期的光通量和实际应用效果。2、蓝宝石衬底过渡法按照传统的InGaN芯片制造方法在蓝宝石衬底上生长出 PN结后，将蓝宝石衬底切除，再连接上传统的四元材料，制造出上下电极结构的大尺寸蓝光 LED芯片。发明人在实现本实用新型的过程中发现，现有技术至少存在以下不足现有技术的方法所制造的LED芯片的可靠性及出光效率需要提高。
实用新型内容本实用新型的目的在于，提供一种垂直结构GaN基LED芯片，使得该LED芯片具有高可靠性和高出光效率。为实现上述目的，本实用新型提供了一种垂直结构GaN基LED芯片，所述LED芯片自下而上依次包括铜基底、P型电极层、P型GaN层、多量子阱、N型GaN层、透明电极层和 N型引线电极。较佳地，所述透明电极层采用透明导电氧化物薄膜TC0。可选地，所述TCO可以包括铟锡氧化物薄膜ΙΤ0。 可选地，所述TCO也可以包括掺钼氧化铟薄膜ΙΜ0。可选地，所述TCO也可以包括铝掺杂氧化锌薄膜ΑΖ0。可选地，所述TCO也可以包括镓掺杂氧化锌薄膜GZ0。可选地，所述多量子阱构成为InGaN或GaN。[0015]具体地，所述P型电极层可以包括反射镜金属层Ag。具体地，所述N型引线电极可以包括Ti/Au金属引线电极。可选地，所述铜基底可以替换为铝基底、金锡合金基底或氮化铝基底。本实用新型的有益效果在于，该垂直结构的GaN基白光LED芯片，P型和N型电极分别位于芯片的底部和顶部，从而电流分布更均勻，而且采用单引线键合，兼容性较好，使用方便。此外，垂直结构LEDs，电流扩展通过IT0/IM0/AZ0/GZ0层来实现。电流扩展层电阻对于LEDs器件内部电流分布起决定性作用，由于输入电功率的降低和电流分布均勻性的增加，从而有利于提高垂直结构的可靠性。此外，由于本实用新型的电极结构采用条形透明导电膜，例如ΙΤ0，不仅可减少金属电极造成的光线吸收损耗，而且电流分布均勻有利于降低热阻，提高器件提取效率及出光效率。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型实施例的垂直结构GaN基大功率LED芯片结构图；图2为本实用新型实施例的垂直结构的白光LED的制作工艺流程图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本实用新型提供了一种垂直结构GaN基LED芯片，以获得高可靠性和高出光效率。 图1为本实用新型实施例的垂直结构GaN基大功率LED芯片结构图。如图1所示，该LED 芯片自下而上依次包括铜基底10、P型电极层11、P型GaN层12、多量子阱13、N型GaN层 14、透明电极层15和N型引线电极16。在本实用新型的一较佳实施例中，该透明电极层15采用透明导电氧化物薄膜 TCO (transparent conducting oxide)0在本实施例中，该TCO可采用铟锡氧化物薄膜ITOandium Tin Oxide)。在另一个实施例中，该TCO可采用掺钼氧化铟薄膜IMO (molybdenum doped indiumoxide)。在又一个实施例中，该TCO可采用铝掺杂氧化锌薄膜AZO((ZnO:Al) Al doped ZnO film)。在又一个实施例中，该TCO可采用镓掺杂氧化锌薄膜GZO (Ga Doped ZnO Film)。[0031]在本实用新型的一优选实施例中，上述多量子阱构成为InGaN或GaN。具体地，上述P型电极层11可以包括反射镜金属层Ag。具体地，上述N型引线电极16可以包括Ti/Au金属引线电极。在另一实施例中，上述垂直结构GaN基LED芯片包括的铜基底可以替换为铝基底、 金锡合金基底或氮化铝基底。本实用新型的优点于，制作垂直结构的GaN基白光LED芯片，使P型和N型电极分别位于芯片的底部和顶部，从而电流分布更均勻，而且采用单引线键合，兼容性较好，使用方便。此外，垂直结构LEDs，电流扩展通过IT0/IM0/AZ0/GZ0层来实现。电流扩展层电阻对于LEDs器件内部电流分布起决定性作用，由于输入电功率的降低和电流分布均勻性的增加，有利于提高垂直结构的可靠性。此外，由于本实用新型的电极结构采用条形透明导电膜，例如ΙΤ0，不仅可减少金属电极造成的光线吸收损耗，而且电流分布均勻有利于降低热阻，提高器件提取效率及出光效率。以下对上述垂直结构GaN基LED芯片的制作工艺进行详细说明。在本实用新型实施例中，是采用激光剥离技术(LLO，laser lift off)和电镀技术制备上述垂直结构LED。激光剥离技术采用紫外波段的激光光源透过蓝宝石衬底辐照样品， 使蓝宝石/GaN界面处的GaN发生热分解生成金属( 以及氮气。氮气逸出，加热样品至金属( 的熔点，使( 融化，即能实现蓝宝石与GaN的分离。蓝宝石衬底的导热性能较差，为了更有效地散热和降低结温，通过除掉原来用于生长外延层的衬底，将外延层键合转移到导电和导热性能良好的衬底上，如铜、铝、金锡合金、氮化铝等。采用电镀工艺在GaN薄膜表面电镀一层均勻的铜作为转移衬底。铜的延展性好， 能有效释放剥离过程中GaN内产生的应力，保证剥离后GaN薄膜的质量。同时铜的热传导系数高，作为GaN器件的衬底解决了器件的散热问题。以下进行详细说明图2为本实用新型实施例的垂直结构的白光LED的制作工艺流程图。如图2所示， 包括如下步骤步骤20、表面清洗将原始样品分别放入化学清洗液中煮沸，以去除样品表面可能的金属以及油玷污，随后将样品置于烘箱烘干。步骤21、溅射p-GaN反射镜电极Ag 为增强电镀时Cu衬底对GaN薄膜的黏附性，在p_GaN表面溅射反射镜金属层Ag。步骤22、电镀Cu:将样品置于电镀级CuSO4溶液中通电，在Ag金属表面电镀上一层均勻的厚度约为 100 μ m的金属Cu，铜作为GaN薄膜的转移衬底。步骤23、激光剥离采用紫外波段的激光光源透过蓝宝石衬底辐照样品，使蓝宝石/GaN界面处的GaN 发生热分解生成金属( 以及氮气。氮气逸出，加热样品至金属( 的熔点( 30°C)，使( 融化，实现蓝宝石与GaN的分离，完成GaN基发光薄膜由蓝宝石衬底向Cu衬底的转移。[0051]步骤对、蒸镀ITO透明电极溅射n-GaN电极Ti/Au金属引线电极，切片封装。以下对比本实用新型的LED芯片与传统LED芯片的性能。请参阅表1，表1为传统平面结构白光LED芯片与本实用新型实施例的薄膜结构芯片的技术特点比较。表 权利要求1.一种垂直结构GaN基LED芯片，其特征在于，所述LED芯片自下而上依次包括铜基底、P型电极层、P型GaN层、多量子阱、N型GaN层、透明电极层和N型引线电极。
2.根据权利要求1所述的垂直结构GaN基LED芯片，其特征在于，所述透明电极层采用透明导电氧化物薄膜TC0。
3.根据权利要求2所述的垂直结构GaN基LED芯片，其特征在于，所述TCO包括铟锡氧化物薄膜ΙΤ0。
4.根据权利要求2所述的垂直结构GaN基LED芯片，其特征在于，所述TCO包括掺钼氧化铟薄膜ΙΜ0。
5.根据权利要求2所述的垂直结构GaN基LED芯片，其特征在于，所述TCO包括铝掺杂氧化锌薄膜ΑΖ0。
6.根据权利要求2所述的垂直结构GaN基LED芯片，其特征在于，所述TCO包括镓掺杂氧化锌薄膜GZ0。
7.根据权利要求1所述的垂直结构GaN基LED芯片，其特征在于，所述多量子阱构成为 InGaN 或 GaN。
8.根据权利要求1所述的垂直结构GaN基LED芯片，其特征在于，所述P型电极层包括反射镜金属层Ag。
9.根据权利要求1所述的垂直结构GaN基LED芯片，其特征在于，所述N型引线电极包括Ti/Au金属引线电极。
10.根据权利要求1所述的垂直结构GaN基LED芯片，其特征在于，所述铜基底替换为铝基底、金锡合金基底或氮化铝基底。
专利摘要本实用新型提供一种垂直结构GaN基LED芯片，所述LED芯片自下而上依次包括铜基底、P型电极层、P型GaN层、多量子阱、N型GaN层、透明电极层和N型引线电极。该垂直结构的GaN基白光LED芯片，P型和N型电极分别位于芯片的底部和顶部，从而电流分布更均匀，而且采用单引线键合，兼容性较好，使用方便；此外，由于本实用新型的电极结构采用透明导电膜，不仅可减少金属电极造成的光线吸收损耗，而且电流分布均匀有利于降低热阻，提高器件提取效率及出光效率。
文档编号H01L33/42GK202025791SQ201120113638
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者张志杰 申请人:北京奥莱梯尼科技有限公司