CN108511568B - 一种双插入层反射镜结构的垂直结构led芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片，包括Si衬底、LED外延片、反射镜第一插入金属层、纳米Ag反射镜和反射镜第二插入金属层；LED外延片生长在Si衬底上，反射镜第一插入金属层生长在LED外延片表面，纳米Ag反射镜生长在反射镜第一插入金属层表面，反射镜第二插入金属层生长在纳米Ag反射镜表面。本发明还提供一种双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片的制备方法。本发明的垂直结构LED芯片改善了Ag基反射镜黏附性差和热稳定差的问题，大幅度提高Ag反射镜的工艺稳定性及反射镜反射率，进而提高了垂直结构LED芯片的良率及光输出效率。
Description
技术领域
本发明涉及LED制造领域，尤其涉及一种双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片及其制备方法。
背景技术
随着LED在照明领域的逐步应用，市场对白光LED光效的要求越来越高，GaN基垂直结构LED具有单面出光，良好的散热能力，能够承受大电流注入，这样一个垂直结构LED芯片可以相当于几个正装结构芯片，折合成本只有正装结构的几分之一，因此，GaN基垂直结构LED是市场所向，是半导体照明发展的必然趋势。与传统的平面结构LED相比，垂直结构LED具有许多优点：垂直结构LED两个电极分别在LED的两侧，电流几乎全部垂直流过外延层，没有横向流动的电流，电流分布均匀，产生的热量减少；采用键合与剥离的方法将导热不好的蓝宝石衬底去除，换成导电性好并且具有高热导率的衬底，可有效地散热；n-GaN层为出光面，该层具有一定的厚度，便于制作表面微结构，以提高光提取效率。总之，与传统平面结构相比，垂直结构在出光、散热等方面具有明显的优势。
而反射镜是垂直结构LED芯片最重要的结构之一，形成低接触电阻高反射率的p型欧姆接触是获取低电压高光输出功率的LED芯片的必要条件。图1为现有技术垂直结构LED芯片结构示意图，1’是Si(100)衬底，2’是键合层，3’是金属保护层，4’是传统Ni/Ag反射镜层，5’是p-GaN层，6’是量子阱层，7’是n-GaN层，8’是n电极层。目前主要采用Ag作为反射镜的核心材料，因为Ag是可见光波段反射率最高的金属。但是Ag材料也有明显的两个缺点，一是Ag在GaN表面的黏附性较差，容易在芯片后续制程中很容易发生脱落，造成芯片的漏电和良率降低；同时Ag的功函数只有4.65eV，而p-GaN的功函数高达7.5eV，Ag和p-GaN之间存在较大的肖特基势垒，即便通过高温合金化处理，仍然会有较高的接触电阻存在，最终造成较高的正向电压；其二是由于Ag的物理化学性质十分活泼，会导致其在300度以上的合金化过程中发生扩散，团簇，氧化等现象，造成Ag反射率的大幅退化，并对GaN造成破坏，造成芯片光输出的大幅衰减。因此解决Ag反射镜黏附性差、热稳定差的问题，是提高反射率实现高光效LED的重要组成部分。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片，该垂直结构LED芯片改善了Ag基反射镜黏附性差和热稳定差的问题，大幅度提高Ag反射镜的工艺稳定性及反射镜反射率，进而提高了垂直结构LED芯片的良率及光输出效率。
本发明的目的之二在于提供一种双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片的制备方法，该制备方法采用双插入层叠层设计，结构简单，未使用到贵金属，在提高性能的同时极大地节省了成本。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片，包括Si衬底、LED外延片、反射镜第一插入金属层、纳米Ag反射镜和反射镜第二插入金属层；
所述LED外延片生长在Si衬底上，所述反射镜第一插入金属层生长在LED外延片表面，所述纳米Ag反射镜生长在反射镜第一插入金属层表面，所述反射镜第二插入金属层生长在纳米Ag反射镜表面；
所述LED外延片包括n型掺杂GaN薄膜、InGaN/GaN量子阱和p型掺杂GaN薄膜；所述n型掺杂GaN薄膜生长在Si衬底上，所述InGaN/GaN量子阱生长在n型掺杂GaN薄膜上，所述p型掺杂GaN薄膜生长在InGaN/GaN量子阱上。
进一步地，所述n型掺杂GaN层的厚度为1～4μm；所述InGaN/GaN量子阱为1～10个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN的厚度为1～7nm，GaN垒层的厚度为1～15nm；所述p型掺杂GaN薄膜的厚度为100～400nm。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片的制备方法，包括，
LED外延片生长步骤：首先在Si衬底上外延生长LED外延片，Si衬底以(111)面为外延面，LED外延片包括生长在Si衬底上的n型掺杂GaN薄膜，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型掺杂GaN薄膜；
生长反射镜第一插入金属层步骤：在LED外延片表面，蒸镀反射镜第一插入金属层；
生长纳米Ag反射镜步骤：在第一插入金属层表面采用电子束蒸发的方式蒸发纳米Ag反射镜；
生长反射镜第二插入金属层步骤：在纳米Ag反射镜表面生长反射镜第二层插入金属层；
反射镜退火步骤：将纳米Ag反射镜在快速退火炉内进行退火；
键合及衬底转移步骤：对退火后的纳米Ag反射镜先蒸镀保护层金属，再蒸镀键合金属，使用金属键合的方式将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，再剥离原有外延Si衬底，对剥离后的芯片表面使用ICP刻蚀去除芯片缓冲层；
制备PA层及n电极步骤：通过PECVD沉积SiO2钝化层，再采用标准光刻工艺依次制备LED芯片n电极图案；再使用电子束蒸发设备，在外延片上表面依次沉积n电极金属，最后去除多余电极金属，得到垂直结构LED芯片。
进一步地，生长反射镜第一插入金属层步骤中，第一层插入金属层材料为Cr、Ni、Ti、Pt、Pd、In、Au、NiO、TiO、ZnO、ITO、AZO、GIO或石墨烯，上述金属层材料分为不透明金属层和透明氧化物层，不透明金属层蒸发的厚度为0.01～20nm，透明氧化物层蒸发的厚度为1～200nm。
进一步地，生长纳米Ag反射镜步骤中，纳米Ag反射镜的厚度为25～300nm。
进一步地，生长反射镜第二插入金属层步骤中，第二层插入金属层的材料为Ni、Ti、Pt、Au、W、Mg、In、Al、Cu或TiW，上述金属分为惰性金属和活泼金属，惰性金属的厚度为10～200nm，活泼金属的厚度为100～600nm。
进一步地，反射镜退火步骤中，退火氛围为N2和O2混合气，N2和O2的体积比为(20～1)：1；退火温度为300～600℃，退火时间为10～300秒。
进一步地，键合及衬底转移步骤中，保护层金属为Cr、Pt和Au；键合金属为Au和Sn，其中Sn的厚度为0.1～3μm，Au的厚度为10～200nm；金属键合的温度为200～500℃，键合时间为3～20分钟；金属保护层的厚度为20～300nm；使用腐蚀溶液剥离原有外延Si衬底，腐蚀溶液为氢氟酸与硝酸的混合液，氢氟酸与硝酸的体积比为(0.1～1):1。
进一步地，制备PA层及n电极步骤中，标准光刻工艺为匀胶、光刻和显影，其中，匀胶采用负性光刻胶，匀胶时间为0.1～20秒，光刻时间为1～50秒，显影液采用负性光刻胶显影液，其显影时间为20～300秒。
进一步地，制备PA层及n电极步骤中，n电极金属为Ti、Al和Au，其中Ti厚度为10～100nm，Al厚度为0.5～2μm，Au厚度为10～200nm。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片，该垂直结构LED芯片改善了Ag基反射镜黏附性差和热稳定差的问题，大幅度提高Ag反射镜的工艺稳定性及反射镜反射率，进而提高了垂直结构LED芯片的良率及光输出效率；
(2)本发明的反射镜第一插入金属层的作用有两个，其一，采用亲氧性较高的材料，形成黏附层，增加Ag反射镜的黏附性；其二，采用高功函数金属或金属氧化物，降低Ag与p-GaN之间的肖特基势垒，退火后形成欧姆接触；反射镜第一插入金属层解决了Ag反射镜黏附性差的同时，实现了Ag与p-GaN之间爱的欧姆接触，提升了反射镜后续制程工艺稳定性的同时，降低了芯片的工作电压；
(3)本发明的反射镜第二插入金属层的作用有两个，其一，采用亲氧性较高的材料，形成金属氧化物层，防止退火过程中Ag反射镜被氧化；其二，采用较为置密的材料，防止退火过程中氧元素Ag元素的向外扩散，和保护层金属向Ag反射镜内扩散；反射镜第二插入金属层解决了Ag反射镜易被氧化、易扩散和易团簇的问题，保证了Ag反射镜层的高反射率以及后续芯片的高光输出效率；
(4)本发明双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片的制备方法，该制备方法采用双插入层叠层设计，结构简单，未使用到贵金属，在提高性能的同时极大地节省了成本。
附图说明
图1为现有技术的垂直结构LED芯片结构示意图；
图2为本发明的垂直结构LED芯片的结构示意图；
图3-1为本发明实施例1中双插入层纳米Ag基反射镜结构意图；
图3-2为传统纯Ag反射镜的退火后SEM形貌图；
图3-3为传统改进后Ni/Ag反射镜的退火后SEM形貌图；
图3-4为本发明实施例1中双插入层纳米Ag基反射镜层退火后SEM形貌图；
图3-5为传统纯Ag反射镜垂直结构LED芯片LOP-mapping图；
图3-6为传统纯Ag反射镜垂直结构LED芯片Vf2-mapping图；
图3-7为本发明实施例1的垂直结构LED芯片LOP-mapping图；
图3-8为本发明实施例1的垂直结构LED芯片Vf2-mapping图；
图4-1为本发明实施例2中双插入层纳米Ag基反射镜结构意图；
图4-2为本发明实施例2中双插入层纳米Ag基反射镜层退火后SEM形貌图；
图4-3为本发明实施例2的垂直结构LED芯片LOP-mapping图；
图4-4为本发明实施例2的垂直结构LED芯片Vf2-mapping图。
图中：现有技术中，1’、Si(100)衬底；2’、键合层；3’、金属保护层、4’、传统Ni/Ag反射镜层；5’、p-GaN层；6’、量子阱层；7’、n-GaN层；8’、n电极层；
本发明中，9、LED外延片；10、反射镜第一插入金属层；11、纳米Ag反射镜；12、反射镜第二插入金属层；
实施例1中，9’、LED外延片；20、反射镜第一插入金属层；21、纳米Ag反射镜；22、反射镜第二插入金属层；
实施例2中，9”、LED外延片；30、反射镜第一插入金属层；31、纳米Ag反射镜；32、反射镜第二插入金属层。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
参照图2，一种双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片，包括Si衬底、LED外延片9、反射镜第一插入金属层10、纳米Ag反射镜和反射镜11第二插入金属层12；
LED外延片生长在Si衬底上，反射镜第一插入金属层生长在LED外延片表面，纳米Ag反射镜生长在反射镜第一插入金属层表面，反射镜第二插入金属层生长在纳米Ag反射镜表面；
LED外延片包括n型掺杂GaN薄膜、InGaN/GaN量子阱、p型掺杂GaN薄膜；非掺杂GaN层生长在AlN缓冲层上，n型掺杂GaN薄膜生长在Si衬底上，InGaN/GaN量子阱生长在n型掺杂GaN薄膜上，p型掺杂GaN薄膜生长在InGaN/GaN量子阱上。
作为进一步地实施方式，n型掺杂GaN层的厚度为1～4μm；InGaN/GaN量子阱为1～10个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN的厚度为1～7nm，GaN垒层的厚度为1～15nm；p型掺杂GaN薄膜的厚度为100～400nm。
上述双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片的制备方法，包括，
LED外延片生长步骤：首先在Si衬底上外延生长LED外延片，Si衬底以(111)面为外延面，LED外延片包括生长在Si衬底上的n型掺杂GaN薄膜，生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱以及生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜；
生长反射镜第一插入金属层步骤：在LED外延片表面，蒸镀反射镜第一插入金属层；
生长纳米Ag反射镜步骤：在第一插入金属层表面采用电子束蒸发的方式蒸发纳米Ag反射镜；
生长反射镜第二插入金属层步骤：在纳米Ag反射镜表面生长反射镜第二层插入金属层；
反射镜退火步骤：将纳米Ag反射镜在快速退火炉内进行退火；
键合及衬底转移步骤：对退火后的纳米Ag反射镜先蒸镀保护层金属，再蒸镀键合金属，使用金属键合的方式将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，再剥离原有外延Si衬底，对剥离后的芯片表面使用ICP刻蚀去除芯片缓冲层；
制备PA层及n电极步骤：通过PECVD沉积SiO2钝化层，再采用标准光刻工艺依次制备LED芯片n电极图案；再使用电子束蒸发设备，在外延片上表面依次沉积n电极金属，最后去除多余电极金属，得到垂直结构LED芯片。
作为进一步地实施方式，生长反射镜第一插入金属层步骤中，第一层插入金属层材料为Cr、Ni、Ti、Pt、Pd、In、Au、NiO、TiO、ZnO、ITO、AZO、GIO或石墨烯，上述金属层材料分为不透明金属层和透明氧化物层，不透明金属层蒸发的厚度为0.01～20nm，透明氧化物层蒸发的厚度为1～200nm。
ITO是一种N型氧化物半导体-氧化铟锡，ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜；AZO是铝掺杂的氧化锌(ZnO)透明导电玻璃的简称；GIO为Ga掺杂的氧化铟。
作为进一步地实施方式，生长纳米Ag反射镜步骤中，纳米Ag反射镜的厚度为25～300nm。
作为进一步地实施方式，生长反射镜第二插入金属层步骤中，第二层插入金属层的材料为Ni、Ti、Pt、Au、W、Mg、In、Al、Cu或TiW，上述金属分为惰性金属和活泼金属，惰性金属的厚度为10～200nm，活泼金属的厚度为100～600nm。其中，In、Al、Mg、Ti为活泼金属，Ni、Pt、Au、W、Cu、TiW为惰性金属。
作为进一步地实施方式，反射镜退火步骤中，退火氛围为N2和O2混合气，N2和O2的体积比为(20～1)：1；退火温度为300～600℃，退火时间为10～300秒。
作为进一步地实施方式，键合及衬底转移步骤中，保护层金属为Cr、Pt和Au；键合金属为Au和Sn，其中Sn的厚度为0.1～3μm，Au的厚度为10～200nm；金属键合的温度为200～500℃，键合时间为3～20分钟；金属保护层的厚度为20～300nm；使用腐蚀溶液剥离原有外延Si衬底，腐蚀溶液为氢氟酸与硝酸的混合液，氢氟酸与硝酸的体积比为(0.1～1):1。
作为进一步地实施方式，制备PA层及n电极步骤中，标准光刻工艺为匀胶、光刻和显影，其中，匀胶采用负性光刻胶，匀胶时间为0.1～20秒，光刻时间为1～50秒，显影液采用负性光刻胶显影液，其显影时间为20～300秒。
作为进一步地实施方式，制备PA层及n电极步骤中，n电极金属为Ti、Al和Au，其中Ti厚度为10～100nm，Al厚度为0.5～2μm，Au厚度为10～200nm。
以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
实施例1：
参照图3-1，一种双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片，其制备方法包括，
LED外延片生长：首先在Si衬底上外延生长LED外延片9’，包括生长在Si衬底上的n型掺杂GaN薄膜，生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱以及生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜；所述Si衬底以(111)面为外延面；所述n型掺杂GaN层的厚度为2μm；所述InGaN/GaN量子阱为8个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN的厚度为4nm，GaN垒层的厚度为12nm；所述p型掺杂GaN薄膜的厚度为200nm；生长反射镜第一插入金属层步骤：在LED外延片表面使用电子束蒸发、磁控溅射或者热蒸镀设备，蒸镀反射镜第一层插入金属层20，其中反射镜第一层插入金属层材料为Ni，其蒸发的厚度为0.3nm；
生长纳米Ag反射镜步骤：在反射镜第一层插入金属层采用电子束蒸发的方式蒸发纳米Ag反射镜21，其厚度为200nm。
生长反射镜第二插入金属层步骤：在纳米Ag表面生长反射镜第二插入金属层22，其中反射镜第二插入金属层材料为Ni，其厚度为20nm；
反射镜退火步骤：将反射镜进在快速退火炉内进行高温退火，退火氛围为N2和O2混合气，N2和O2的体积比为10：5，温度为500℃，时间为40秒；
键合及衬底转移：对退火后的纳米Ag反射镜再次进行蒸镀Cr、Pt和Au保护层金属，再蒸镀Au和Sn键合金属，其中Sn的厚度为2.5μm，Au的厚度为60nm，使用金属键合的方式将LED外延片转移至导电的Si(100)衬底上，金属键合的温度为400℃，键合时间为20分钟；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100nm；使用腐蚀溶液剥离原有外延Si衬底，腐蚀溶液为氢氟酸与硝酸的混合液，氢氟酸与硝酸的体积比例为2：1；对剥离后的芯片表面使用ICP刻蚀去除芯片缓冲层；
制备PA层及n电极：随后，通过PECVD沉积SiO2钝化层，采用匀胶、光刻和显影的标准光刻工艺，依次制备LED芯片n电极图案，其中匀胶采用负性光刻胶，匀胶时间为10秒；光刻时间为20秒，显影液采用负性光刻胶显影液，其显影时间为70秒；使用电子束蒸发设备，在外延片上表面依次沉积Ti、Al和Au的n电极金属，其中Ti厚度为40nm，Al厚度为1.8μm，Au厚度为150nm；采用蓝膜粘贴和剥离的方式去除多余电极金属，得到垂直结构LED芯片。
实施例2：
参照图4-1，一种双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片，其制备方法包括，
LED外延片生长步骤：首先在Si衬底上外延生长LED外延片9”，LED外延片9”包括生长在Si衬底上的n型掺杂GaN薄膜，生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱以及生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜；所述Si衬底以(111)面为外延面；所述n型掺杂GaN层的厚度为2μm；所述InGaN/GaN量子阱为8个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN的厚度为4nm，GaN垒层的厚度为12nm；所述p型掺杂GaN薄膜的厚度为200nm；
生长反射镜第一插入金属层步骤：在LED外延片表面使用电子束蒸发、磁控溅射或者热蒸镀设备，蒸镀反射镜第一插入金属层30，其中反射镜第一插入金属层材料为Pd，其蒸发的厚度为0.6nm；
生长纳米Ag反射镜步骤：在反射镜第一插入金属层表面采用电子束蒸发的方式蒸发纳米Ag反射镜31，其厚度为150nm；
生长反射镜第二插入金属层：在纳米Ag表面生长反射镜第二插入金属层32，其中反射镜第二插入金属层材料为TiW，其厚度为200nm；
反射镜退火步骤：将反射镜在快速退火炉内进行高温退火，退火氛围为N2和O2混合气，N2和O2的体积比为9：3，温度为520℃，时间为60秒；
键合及衬底转移步骤：对退火后的纳米Ag反射镜再次进行蒸镀Cr、Pt和Au保护层金属，再蒸镀Au和Sn键合金属，其中Sn的厚度为2.5μm，Au的厚度为60nm；使用金属键合的方式将LED外延片转移至导电的Si(100)衬底上，键合的温度为400℃，键合时间为20分钟；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100nm；使用腐蚀溶液剥离原有外延Si衬底，腐蚀溶液为氢氟酸与硝酸的混合液，氢氟酸与硝酸的体积比例为2：1；对剥离后的芯片表面使用ICP刻蚀去除芯片缓冲层；
制备PA层及n电极步骤：随后，通过PECVD沉积SiO2钝化层采用匀胶、光刻和显影的标准光刻工艺，依次制备LED芯片n电极图案，其中匀胶采用负性光刻胶，匀胶时间为10秒；光刻时间为20秒，显影液采用负性光刻胶显影液，其显影时间为70秒；使用电子束蒸发设备，在外延片上表面依次沉积Ti、Al和Au的n电极金属，其中Ti厚度为40nm，Al厚度为1.8μm，Au厚度为150nm；采用蓝膜粘贴和剥离的方式去除多余电极金属，得到垂直结构LED芯片。
实施例3：
一种双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片，其制备方法包括，
LED外延片生长步骤：首先在Si衬底上生长LED外延片，LED外延片包括在Si衬底上生长的n型掺杂GaN薄膜，在n型掺杂GaN薄膜上生长InGaN/GaN量子阱以及在InGaN/GaN量子阱上生长p型掺杂GaN薄膜；所述Si衬底以(111)面为外延面；所述n型掺杂GaN层的厚度为1μm；所述InGaN/GaN量子阱为4个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN的厚度为7nm，GaN垒层的厚度为3nm；所述p型掺杂GaN薄膜的厚度为100nm；
生长反射镜第一插入金属层步骤：在LED外延片表面使用电子束蒸发、磁控溅射或者热蒸镀设备，蒸镀反射镜第一插入金属层，其中反射镜第一插入金属层材料为AZO，其蒸发的厚度为150nm；
生长纳米Ag反射镜步骤：在反射镜第一插入金属层表面采用电子束蒸发的方式蒸发纳米Ag反射镜，其厚度为70nm；
生长反射镜第二插入金属层：在纳米Ag表面生长反射镜第二插入金属层，其中反射镜第二插入金属层材料为Mg，其厚度为400nm；
反射镜退火步骤：将反射镜在快速退火炉内进行高温退火，退火氛围为N2和O2混合气，N2和O2的体积比为10：1，温度为340℃，时间为200秒；
键合及衬底转移步骤：对退火后的纳米Ag反射镜再次进行蒸镀Cr、Pt和Au保护层金属，再蒸镀Au和Sn键合金属，其中Sn的厚度为1.5μm，Au的厚度为130nm；使用金属键合的方式将LED外延片转移至导电的Si(100)衬底上，键合的温度为200℃，键合时间为15分钟；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80nm；使用腐蚀溶液剥离原有外延Si衬底，腐蚀溶液为氢氟酸与硝酸的混合液，氢氟酸与硝酸的体积比例为8：1；对剥离后的芯片表面使用ICP刻蚀去除芯片缓冲层；
制备PA层及n电极步骤：随后，通过PECVD沉积SiO2钝化层采用匀胶、光刻和显影的标准光刻工艺，依次制备LED芯片n电极图案，其中匀胶采用负性光刻胶，匀胶时间为3秒；光刻时间为10秒，显影液采用负性光刻胶显影液，其显影时间为150秒；使用电子束蒸发设备，在外延片上表面依次沉积Ti、Al和Au的n电极金属，其中Ti厚度为10nm，Al厚度为0.8μm，Au厚度为180nm；采用蓝膜粘贴和剥离的方式去除多余电极金属，得到垂直结构LED芯片。
效果评价及性能检测
以实施例1和实施例2为例，与传统Ag反射镜以及传统Ni/Ag反射镜对比，以下为对比结果。
图3-2为传统纯Ag退火反射镜退火后SEM形貌图；图3-3为传统Ni/Ag反射镜退火后SEM形貌图；图3-4为实施例1的反射镜退火后SEM形貌图。可以看出纯Ag反射镜有很明显的团簇现象，Ni/Ag反射镜有所好转，而实施例1则基本消除了Ag团簇现象，大幅提高了Ag反射镜的热稳定性。
图3-5和图3-6为纯Ag反射镜的垂直结LED芯片LOP和VF2的maping，可以得到其LOP和Vf2的均值为315mW和3.1V。图3-7和图3-8为实施例1的垂直结LED芯片LOP和VF2的maping，可以得到LOP和Vf2的均值为441mW和2.87V。相对比而言，实施例1的垂直结LED芯片的光电性能有了巨大的提升，其中LOP值提升了39.7％，而电压值下降了7.4％。
图3-2为传统纯Ag退火反射镜退火后SEM形貌图；图3-3为传统Ni/Ag反射镜退火后SEM形貌图；图4-2为实施例2的反射镜退火后SEM形貌图。可以看出纯Ag反射镜有很明显的团簇现象，Ni/Ag反射镜有所好转，而实施例2则基本消除了Ag团簇现象，大幅提高了Ag反射镜的热稳定性。图4-3和图4-4为实施例2的垂直结LED芯片LOP和VF2的maping，可以得到其LOP和Vf2的均值为427mW和2.85V。相对比而言，实施例2的垂直结LED芯片的光电性能有了巨大的提升，其中LOP值提升了35.6％，而电压值下降了8.1％。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片，其特征在于，包括Si衬底、LED外延片、反射镜第一插入金属层、纳米Ag反射镜和反射镜第二插入金属层；
所述LED外延片生长在Si衬底上，所述反射镜第一插入金属层生长在LED外延片表面，所述纳米Ag反射镜生长在反射镜第一插入金属层表面，所述反射镜第二插入金属层生长在纳米Ag反射镜表面；
所述LED外延片包括n型掺杂GaN薄膜、InGaN/GaN量子阱和p型掺杂GaN薄膜；所述n型掺杂GaN薄膜生长在Si衬底上，所述InGaN/GaN量子阱生长在n型掺杂GaN薄膜上，所述p型掺杂GaN薄膜生长在InGaN/GaN量子阱上；
所述反射镜第一插入金属层的材料为Cr、Ni、Ti、Pt、Pd、In、Au、NiO、TiO、ZnO、ITO、AZO、GIO或石墨烯，上述金属层材料分为不透明金属层和透明氧化物层，不透明金属层蒸发的厚度为0.01～20nm，透明氧化物层蒸发的厚度为1～200nm；
所述反射镜第二插入金属层的材料为Ni、Ti、Pt、Au、W、Mg、In、Al、Cu或TiW，上述金属分为惰性金属和活泼金属，惰性金属的厚度为10～200nm，活泼金属的厚度为100～600nm；
所述纳米Ag反射镜的厚度为25～300nm。
2.如权利要求1所述的双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述n型掺杂GaN层的厚度为1～4μm；所述InGaN/GaN量子阱为1～10个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN的厚度为1～7nm，GaN垒层的厚度为1～15nm；所述p型掺杂GaN薄膜的厚度为100～400nm。
3.一种如权利要求1或2所述的双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片的制备方法，其特征在于包括，
LED外延片生长步骤：首先在Si衬底上外延生长LED外延片，Si衬底以(111)面为外延面，LED外延片包括生长在Si衬底上的n型掺杂GaN薄膜，生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱以及生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜；
生长反射镜第一插入金属层步骤：在LED外延片表面，蒸镀反射镜第一插入金属层；
生长纳米Ag反射镜步骤：在第一插入金属层表面采用电子束蒸发的方式蒸发纳米Ag反射镜；
生长反射镜第二插入金属层步骤：在纳米Ag反射镜表面生长反射镜第二层插入金属层；
反射镜退火步骤：将纳米Ag反射镜在快速退火炉内进行退火；
键合及衬底转移步骤：对退火后的纳米Ag反射镜先蒸镀保护层金属，再蒸镀键合金属，使用金属键合的方式将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，再剥离原有外延Si衬底，对剥离后的芯片表面使用ICP刻蚀去除芯片缓冲层；
制备PA层及n电极步骤：通过PECVD沉积SiO2钝化层，再采用标准光刻工艺依次制备LED芯片n电极图案；再使用电子束蒸发设备，在外延片上表面依次沉积n电极金属，最后去除多余电极金属，得到垂直结构LED芯片。
4.如权利要求3所述的双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片的制备方法，其特征在于，反射镜退火步骤中，退火氛围为N2和O2混合气，N2和O2的体积比为(20～1)：1；退火温度为300～600℃，退火时间为10～300秒。
5.如权利要求3所述的双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片的制备方法，其特征在于，键合及衬底转移步骤中，保护层金属为Cr、Pt和Au；键合金属为Au和Sn，其中Sn的厚度为0.1～3μm，Au的厚度为10～200nm；金属键合的温度为200～500℃，键合时间为3～20分钟；金属保护层的厚度为20～300nm；使用腐蚀溶液剥离原有外延Si衬底，腐蚀溶液为氢氟酸与硝酸的混合液，氢氟酸与硝酸的体积比为(0.1～1):1。
6.如权利要求3所述的双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片的制备方法，其特征在于，制备PA层及n电极步骤中，标准光刻工艺为匀胶、光刻和显影，其中，匀胶采用负性光刻胶，匀胶时间为0.1～20秒，光刻时间为1～50秒，显影液采用负性光刻胶显影液，其显影时间为20～300秒。
7.如权利要求3所述的双插入层反射镜结构的垂直结构LED芯片的制备方法，其特征在于，制备PA层及n电极步骤中，n电极金属为Ti、Al和Au，其中Ti厚度为10～100nm，Al厚度为0.5～2μm，Au厚度为10～200nm。
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