CN106992232A - 无衬底GaN基LED单颗晶粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种无衬底GaN基微晶粉体LED发光二极管，包括：一n型GaN基化合物半导体层；一量子阱或异质结有源层，其制作在n型GaN基化合物半导体层上；一p型GaN基化合物半导体层，其制作在量子阱或异质结有源层上；一P电极，其制作在p型GaN基化合物半导体层的上面；一N电极，其制作在n型GaN基化合物半导体层的另一面上；其中n型GaN基化合物半导体层、量子阱或异质结有源层、p型GaN基化合物半导体层、P电极和N电极构成单颗晶粒。本发明可以降低GaN基LED使用成本，拓展GaN基LED的应用领域。
Description
技术领域
本发明用于半导体光电子器件制造技术领域，具体涉及到一种无衬底GaN基LED单颗晶粒及其制备方法。
背景技术
GaN基半导体是新型的宽禁带直接带隙半导体材料，具有优异的物理、化学性质。基于InGaN量子阱结构的大功率LED是当前半导体光电子研究领域的热点和相关产业发展龙头。当前III族氮化物在彩色显示、装饰照明灯诸多领域得到了广泛应用。
目前芯片成本及应用封装过程中产生的高额费用，已经成为限制GaN基LED进一步广泛应用的重要瓶颈。在现有技术中，GaN基LED通常采用单管芯或少数管芯模组封装的方式，同时串并联的方式实现色彩和显示图像的控制。该方法操作复杂，工期长，造价昂贵，同时需要交流/直流转换。本发明提供了无衬底GaN基LED单颗晶粒的制备方法及一种低成本、简洁、快速的无衬底GaN基LED单颗晶粒的使用方法。该方法无需单管芯封装，其可以与胶体混合后，直接覆盖于待装饰表面，同时可使用直流或交流电源。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种无衬底GaN基LED单颗晶粒及其制备方法。该方法通过过渡性衬底及激光剥离，制备出无衬底GaN基LED单颗晶粒。其是通过涂覆或喷涂的方式，将混有无衬底GaN基LED单颗晶粒的半绝缘胶体覆盖于待装饰表面，该表面可以为建筑外墙、广告板、装饰墙、服装或丝织品。通过上下电极实现对无衬底GaN基LED单颗晶粒的电流注入。本发明为降低GaN基LED使用成本，拓展GaN基LED的应用领域提供了一种有效途径。
本发明提供一种无衬底GaN基微晶粉体LED发光二极管，包括：
一n型GaN基化合物半导体层；
一量子阱或异质结有源层，其制作在n型GaN基化合物半导体层上；
一p型GaN基化合物半导体层，其制作在量子阱或异质结有源层上；
一P电极，其制作在p型GaN基化合物半导体层的上面；
一N电极，其制作在n型GaN基化合物半导体层的另一面上；
其中n型GaN基化合物半导体层、量子阱或异质结有源层、p型GaN基化合物半导体层、P电极和N电极构成单颗晶粒。
本发明还提供一种无衬底GaN基LED单颗晶粒的制备方法，其中包括如下步骤：
步骤1：在一衬底上依次生长n型GaN基化合物半导体层、量子阱或异质结有源层和p型GaN基化合物半导体层；
步骤2：在p型GaN基化合物半导体层的表面制备P电极；
步骤3：通过刻蚀工艺，在P电极的表面向下刻蚀，形成多个凹槽，刻蚀深度到达衬底的表面；
步骤4：在P电极上制作过渡性衬底；
步骤5：去除衬底，暴露出n型GaN基化合物半导体层；
步骤6：在暴露出的n型GaN基化合物半导体层上制作N电极；
步骤7：去除过渡性衬底，其中n型GaN基化合物半导体层、量子阱或异质结有源层和p型GaN基化合物半导体层、P电极和N电极为单颗晶粒，完成制备。
本发明的有益效果是，其是通过过渡性衬底及激光剥离，制备出无衬底GaN基LED单颗晶粒。其是通过涂覆或喷涂的方式，将混有无衬底GaN基LED单颗晶粒的半绝缘胶体覆盖于待装饰表面，该表面可以为建筑外墙、广告板、装饰墙、服装或丝织品。通过上下电极实现对无衬底GaN基LED单颗晶粒的电流注入。本发明为降低GaN基LED的使用成本，拓展GaN基LED的应用领域提供了一种有效途径。
附图说明
为进一步说明本发明的内容，以下结合具体的实施方式对本发明做详细的描述，其中：
图1-图4是本发明各方法步骤的结构剖面示意图；
图5是本发明的制备流程图；
图6是一实施例，是将混有无衬底GaN基LED单颗晶粒材料的半绝缘胶体覆盖于待装表面后的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1-图4所示，本发明提供一种无衬底GaN基LED单颗晶粒，包括：
一n型GaN基化合物半导体层1；
一量子阱或异质结有源层2，其制作在n型GaN基化合物半导体层1上，量子阱或异质结有源层2为二元、三元或四元氮化镓系化合物半导体材料；
一p型GaN基化合物半导体层3，其制作在量子阱或异质结有源层2上；
一P电极4，其制作在p型GaN基化合物半导体层3的上面，该P电极4为金属电极或透明导电电极，该P电极4的材料可以采用适于p型GaN基化合物半导体的任意金属组合，如Ni/Au、Ti或Al金属或金属组合，也可以是氧化物，如ITO或ZnO；
一N电极5，其制作在n型GaN基化合物半导体层1的另一面上，该N电极5为金属电极或透明导电电极，该P电极4的材料可以采用适于p型GaN基化合物半导体的任意金属组合，如Ni/Au、Ti或Al金属或金属组合，也可以是氧化物，如ITO或ZnO；
其中n型GaN基化合物半导体层1、量子阱或异质结有源层2、p型GaN基化合物半导体层3、P电极4和N电极5构成单颗晶粒，所述单颗晶粒横向和纵向尺寸均为0.05-1000um，其中N电极5为金属电极或透明导电电极。
请参阅图5所示，本发明还提供无衬底GaN基LED单颗晶粒的制备方法，其中包括如下步骤：
步骤1：在一衬底6上依次生长n型GaN基化合物半导体层1、量子阱或异质结有源层2和p型GaN基化合物半导体层3，所述衬底6的材料为蓝宝石、硅或碳化硅，有源层2可为二元、三元或四元氮化镓系化合物半导体材料；
步骤2：在p型GaN基化合物半导体层3的表面制备P电极4，其中P电极4为金属电极或透明导电电极，电极材料可以采用适于p型GaN基化合物半导体的任意金属组合，如Ni/Au、Ti或Al金属或金属组合，也可以是氧化物，如ITO或ZnO；
步骤3：通过刻蚀工艺，在P电极4的表面向下刻蚀，形成多个凹槽21，刻蚀深度到达衬底6的表面，刻蚀工艺可采用干法或湿法刻蚀；
步骤4：在P电极4上制作过渡性衬底8，所述过渡性衬底8的材料为Si、金属或聚合物，结合方式可以是键合、粘合Si、金属或树脂衬底，也可以是旋涂树脂层或电镀一定厚度的金属层作为过渡性衬底8；
步骤5：去除衬底6，暴露出n型GaN基化合物半导体层1，该步骤可采用激光剥离工艺、湿法腐蚀、机械剥离或注入方式；
步骤6：在暴露出的n型GaN基化合物半导体层1上制作N电极5，所述N电极5为金属电极或透明导电电极，电极材料可采用适于形成n型GaN基化合物半导体电极的金属体系或氧化物，如Al、Ti、Au、Ni或ITO电极；
步骤7：去除过渡性衬底8，完成制备。去除方法可以依过渡性衬底8的材料和形成方法不同来选择，例如，对于粘合衬底，可以采用有机溶剂，如丙酮等去除过渡性衬底；对于键合或电镀的金属衬底，如铜衬底，可以选择氯化铁溶液去除过渡性衬底。其中n型GaN基化合物半导体层1、量子阱或异质结有源层2和p型GaN基化合物半导体层3、P电极4和N电极5为单颗晶粒，所述单颗晶粒横向和纵向尺寸均为0.05-1000um。
所述的无衬底GaN基LED单颗晶粒，无需封装，其可直接通过涂覆或喷涂的方式，将混有无衬底GaN基LED单颗晶粒的半绝缘胶体覆盖于待装饰表面，该表面可以为建筑外墙、广告板、装饰墙、服装或丝织品。通过上下电极实现对无衬底GaN基LED单颗晶粒的电流注入。
所述的无衬底GaN基LED单颗晶粒，可直接使用直流或交流电源驱动。
所述的无衬底GaN基LED单颗晶粒，可通过将多种单色LED单颗晶粒混合在半绝缘胶体中，涂覆或喷涂于待装饰表面，实现均匀的彩色显示。
实施例
请参阅图6所示，图6为本发明的实施例示意图，其中包括：
混有无衬底GaN基LED单颗晶粒的半绝缘胶体20；
分散在半绝缘胶体20中的无衬底GaN基LED单颗晶粒7；
待装饰表面9，待装饰物表面9具有导电特性，该待装饰表面可以为建筑外墙、广告板、装饰墙或服装丝织品；
透明导电层10，如ITO或ZnO，该导电层具有导电性和透光特性；电极11，电极11为金属电极或透明导电电极。
本发明提供一种新型无衬底GaN基LED单颗晶粒的使用方法，其中包括如下步骤：
步骤1：将无衬底GaN基LED单颗晶粒分散于半绝缘胶体材料内，该胶体材料为半绝缘导电胶；
步骤2：将混有无衬底GaN基LED单颗晶粒的半绝缘胶体，通过涂覆或者喷涂的方式覆盖于待装表面，待装饰物表面具有导电特性；
步骤3：在半绝缘胶体表面，制备透明导电层，该导电层具有导电性和透光特性，通过喷涂、溅射或电子束蒸发制备。
步骤4：在透明导电层表面，制备电极，完成无衬底GaN基LED单颗晶粒的应用。
该无衬底GaN基LED单颗晶粒通过电极11和导电性的待装饰表面实现对无衬底GaN基LED单颗晶粒的电流注入，工作电源可为直流或交流。
上文所述的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并不是用以限制本发明的保护范围，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种无衬底GaN基微晶粉体LED发光二极管，包括：
一n型GaN基化合物半导体层；
一量子阱或异质结有源层，其制作在n型GaN基化合物半导体层上；
一p型GaN基化合物半导体层，其制作在量子阱或异质结有源层上；
一P电极，其制作在p型GaN基化合物半导体层的上面；
一N电极，其制作在n型GaN基化合物半导体层的另一面上；
其中n型GaN基化合物半导体层、量子阱或异质结有源层、p型GaN基化合物半导体层、P电极和N电极构成单颗晶粒。
2.根据权利要求1所述的无衬底GaN基LED单颗晶粒，其中量子阱或异质结有源层为二元、三元或四元氮化镓系化合物半导体材料。
3.根据权利要求1所述的无衬底GaN基LED单颗晶粒，其中P、N电极为金属电极或透明导电电极。
4.根据权利要求1所述的无衬底GaN基LED单颗晶粒，其中所述单颗晶粒横向与纵向尺寸均为0.05-1000um。
5.一种无衬底GaN基LED单颗晶粒的制备方法，其中包括如下步骤：
步骤1：在一衬底上依次生长n型GaN基化合物半导体层、量子阱或异质结有源层和p型GaN基化合物半导体层；
步骤2：在p型GaN基化合物半导体层的表面制备P电极；
步骤3：通过刻蚀工艺，在P电极的表面向下刻蚀，形成多个凹槽，刻蚀深度到达衬底的表面；
步骤4：在P电极上制作过渡性衬底；
步骤5：去除衬底，暴露出n型GaN基化合物半导体层；
步骤6：在暴露出的n型GaN基化合物半导体层上制作N电极；
步骤7：去除过渡性衬底，其中n型GaN基化合物半导体层、量子阱或异质结有源层和p型GaN基化合物半导体层、P电极和N电极为单颗晶粒，完成制备。
6.根据权利要求5所述的无衬底GaN基LED单颗晶粒的制备方法，其中P、N电极为金属电极或透明导电电极。
7.根据权利要求5所述的无衬底GaN基LED单颗晶粒，其中所述单颗晶粒横向和纵向尺寸均为0.05-1000um。
8.根据权利要求5所述的无衬底GaN基LED单颗晶粒，其中衬底的材料为蓝宝石、硅或碳化硅。
9.根据权利要求5所述的无衬底GaN基LED单颗晶粒，其中过渡性衬底的材料为Si、金属或聚合物。
10.根据权利要求5所述的无衬底GaN基LED单颗晶粒的制备方法，其中量子阱或异质结有源层为二元、三元或四元氮化镓系化合物半导体材料。
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