CN110556460A - 一种超薄垂直结构黄光led及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超薄垂直结构黄光LED及其制备方法，超薄垂直结构黄光LED，包括自下而上依次设置的电子沉积底层、n型GaN层、超晶格层、量子阱层、p型电子阻挡层、p型GaN层、Ag电极层、Sn/Au金属键合层、低阻硅衬底和电子沉积顶层，其中Ag电极层和Sn/Au金属键合层键合而成；原始晶圆的缓冲层、n型GaN层、超晶格层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的总体厚度为d 0， 设定超薄垂直结构黄光LED的中心发光波长为λ，n型GaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的总厚度为d 1 ，则需保证d 1 小于λ。该超薄垂直结构黄光LED由原始晶圆和低阻硅衬底依次经过金属沉积、金属键合、衬底剥离、去除缓冲层、减薄n型GaN层，再次电极沉积制成；制得的超薄垂直结构黄光LED，能显著提升电光转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及照明、显示和光通信技术领域，特别是涉及一种超薄垂直结构黄光LED及其制备技术。
背景技术
经过数十年的发展，可见光LED实现了全彩化，为人类提供了色彩缤纷的视觉盛宴和高效节能的照明光源。可是长期以来，七彩LED光效（光功率效率）发展很不平衡，其中黄光LED光效远低于其他颜色，致使高光效的黄光不得不通过荧光粉进行波长转换来获得。这种“电光光”转换技术方案是目前LED照明主流技术。
但荧光粉在光光转换过程中存在热损耗大、热光衰较大、响应很慢等先天性不足，制约了LED向高质量照明和高速可见光通信等方向的快速发展。因此，解决“黄光鸿沟”问题，成为该领域诱人的奋斗目标。用何种衬底、何种材料、何种器件结构、何种芯片结构、何种设备才能制造高光效黄光LED，国内外长期未有答案。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种能显著提升电光转换效率，取代荧光粉的一种超薄垂直结构黄光LED及其制备方法。
本发明所采用的技术方案是：一种超薄垂直结构黄光LED，包括自下而上依次设置的电极沉积底层、n型GaN层、超晶格层、量子阱层、p型电子阻挡层、p型GaN层、Ag电极层、Sn/Au金属键合层、低阻硅衬底和电极沉积顶层，其中Ag电极层和Sn/Au金属键合层键合而成；
设定超薄垂直结构黄光LED的中心发光波长为λ，超薄垂直结构黄光LED的n型GaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的总厚度为d 1 ，则需保证d 1 小于λ。
优选地，电极沉积底层沿超薄垂直结构黄光LED的n型GaN层的中心位置向两侧延伸，形成电极覆盖拓展。
优选地，电极沉积顶层的沉积完全覆盖低阻硅衬底的顶部，形成背金电极，以达到形成LED器件p电极目的。
上述超薄垂直结构黄光LED的制造方法是，由原始晶圆和低阻硅衬底依次经过金属沉积、金属键合、衬底剥离、去除缓冲层、减薄n型GaN层，再次经过电极沉积制成，其在制作时的工艺为：
a.选取原始晶圆，原始晶圆结构包括自下向上包括衬底、缓冲层、n型GaN层、超晶格层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层；
b.金属沉积，在原始晶圆的p型GaN层上沉积金属Ag电极层，在低阻硅衬底上沉积Sn/Au金属键合层；
c.金属键合，将原始晶圆的Ag电极层与低阻硅衬底上的Sn/Au金属键合层键合；
d.衬底剥离，接着通过激光剥离或研磨抛光工艺去除原始晶圆的衬底；
e.随后继续去除缓冲层，并且减薄n型GaN层；
f.在剩余的n型GaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的n型GaN层和硅衬底层沉积电极上，分别沉积Ni/Au电极，最终制成超薄垂直结构黄光LED。
优选地，原始晶圆的n型GaN层的层数为2-4层，经过加工处理后得到的超薄垂直结构黄光LED的剩余的n型GaN层的层数为1-3层。
优选地，设定所选的取的原始晶圆的缓冲层、n型GaN层、超晶格层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的总体厚度为d 0 ，d 0 远远大于λ，如此可以更好地热效应降低，响应速度大幅度提升。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的超薄垂直结构黄光LED，其n型GaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的总厚度为d 1 小于中心发光波长λ，能显著提升电光转换效率，取代荧光粉。
其在制作时，选用结构包括自下向上包括衬底、缓冲层、n型GaN层、超晶格层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的原始晶圆，依次经过金属沉积、金属键合（键合底部沉积有Sn/Au金属键合的低阻硅衬底）、衬底剥离、去除缓冲层、减薄n型GaN层，再次经过电极沉积制成，如此制成的超薄垂直结构黄光LED，其内部的波导模式被抑制，热效应降低，响应速度大幅度提升，根据应用需求不同，该器件可作为发光器件、探测器件等，用于照明、显示和光通信领域。
附图说明
图1为一种超薄垂直结构黄光LED的结构图；
图2为一种超薄垂直结构黄光LED的制备方法流程图，图中substrate为衬底、bufferlayer为缓冲层、n型GaN层为n层镓氮层、superlattice layer为超晶格层、multiplequantum well: MQW为量子阱层、electron blocking layer为 p型电子阻挡层，Electrode为电极沉积层；
图3为原始晶圆的截面结构图；
图4为电极沉积底层22在n型GaN层上沉积的结构示意图；
其中：10-原始晶圆，11-衬底，12-缓冲层，13- n型GaN层，14-超晶格层，15-量子阱层，16- p型电子阻挡层，17- p型GaN层，18- Ag电极层；
20-低阻硅衬底，21- Sn/Au金属键合层，22-电极沉积底层，23-电极沉积顶层。
具体实施方式
下面详细描述发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释发明，而不能理解为对发明的限制。
在发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。另外，发明实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。
如图1所示，一种超薄垂直结构黄光LED，包括自下而上依次设置的电极沉积底层22、n型GaN层13、超晶格层14、量子阱层15、p型电子阻挡层16、p型GaN层17、Ag电极层18、Sn/Au金属键合层21、低阻硅衬底20和电极沉积顶层23，其中Ag电极层18和Sn/Au金属键合层21键合而成；
设定超薄垂直结构黄光LED的中心发光波长为λ，超薄垂直结构黄光LED的n型GaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的总厚度为d 1 ，则需保证d 1 小于λ。
优选地，电极沉积底层22沿超薄垂直结构黄光LED的n型GaN层13的中心位置向两侧延伸，形成电极覆盖拓展。实际n型金属电极如图4所示，电极沉积底层22在n型GaN层13上的沉积面积越小越好，同时只要能够保持更大区域的导通即可。
优选地，电极沉积顶层23的沉积完全覆盖低阻硅衬底20的顶部，形成背金电极，以达到形成LED器件p电极目的。
从图2中可以看出来，上述超薄垂直结构黄光LED的制造方法是，由原始晶圆10和低阻硅衬底20依次经过金属沉积、金属键合、衬底剥离、去除缓冲层、减薄n型GaN层，再次经过电极沉积制成，其在制作时的工艺为：
a.选取原始晶圆，如图3所述为原始晶圆10的截面结构图，原始晶圆10结构包括自下向上包括衬底11、缓冲层12、n型GaN层13、超晶格层14、量子阱层15、p型电子阻挡层16和p型GaN层17；
b.金属沉积，在原始晶圆10的p型GaN层上沉积金属Ag电极层18，在低阻硅衬底20上沉积Sn/Au金属键合层21；
c.金属键合，将原始晶圆10的Ag电极层18与低阻硅衬底20上的Sn/Au金属键合层21键合；
d.衬底剥离，接着通过激光剥离或研磨抛光工艺去除原始晶圆的衬底11；
e.随后继续去除缓冲层12，并且减薄n型GaN层；
f.在剩余的n型GaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的n型GaN层和硅衬底层沉积电极上，分别沉积Ni/Au电极，最终制成超薄垂直结构黄光LED。
优选地，原始晶圆的n型GaN层13的层数为2-4层，经过加工处理后得到的超薄垂直结构黄光LED的剩余的n型GaN层的层数为1-3层。
优选地，设定所选的取的原始晶圆10的缓冲层、n型GaN层、超晶格层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的总体厚度为d 0 ，d 0 远远大于λ，热效应降低，响应速度大幅度提升。这主要是因为黄光的中心发光波长λ在570nm左右, d0的厚度在3-6um，所以是d0远远大于λ的。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种超薄垂直结构黄光LED，其特征在于：包括自下而上依次设置的
电极沉积底层（22）、n型GaN层（13）、超晶格层(14)、量子阱层(15)、p型电子阻挡层（16）、p型GaN层（17）、Ag电极层（18）、Sn/Au金属键合层（21）、低阻硅衬底（20）和电极沉积顶层（23），其中Ag电极层（18）和Sn/Au金属键合层（21）键合而成；
设定超薄垂直结构黄光LED的中心发光波长为λ，超薄垂直结构黄光LED的n型GaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的总厚度为d 1 ，则需保证d 1 小于λ。
2.根据权利要求1所述的一种超薄垂直结构黄光LED，其特征在于：电极沉积底层（22）沿超薄垂直结构黄光LED的n型GaN层（13）的中心位置向两侧延伸，形成电极覆盖拓展。
3.根据权利要求1或2所述的一种超薄垂直结构黄光LED，其特征在于：电极沉积顶层（23）的沉积完全覆盖低阻硅衬底（20）的顶部，形成背金电极。
4.权1-3任意一项所述的超薄垂直结构黄光LED的制备方法，其特征在于：由原始晶圆（10）和低阻硅衬底（20）依次经过金属沉积、金属键合、衬底剥离、去除缓冲层、减薄n型GaN层，再次经过电极沉积制成，其在制作时的工艺为：
选取原始晶圆，原始晶圆（10）结构包括自下向上包括衬底（11）、缓冲层（12）、n型GaN层（13）、超晶格层（14）、量子阱层（15）、p型电子阻挡层（16）和p型GaN层（17）；
金属沉积，在原始晶圆（10）的p型GaN层上沉积金属Ag电极层（18），在低阻硅衬底（20）上沉积Sn/Au金属键合层（21）；
金属键合，将原始晶圆（10）的Ag电极层（18）与低阻硅衬底（20）上的Sn/Au金属键合层（21）键合；
衬底剥离，接着通过激光剥离或研磨抛光工艺去除原始晶圆的衬底（11）；
随后继续去除缓冲层（12），并且减薄n型GaN层；
在剩余的n型GaN层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的n型GaN层和硅衬底层沉积电极上，分别沉积Ni/Au电极，最终制成超薄垂直结构黄光LED。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：原始晶圆的n型GaN层（13）的层数为2-4层，经过加工处理后得到的超薄垂直结构黄光LED的剩余的n型GaN层的层数为1-3层。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：设定所选的取的原始晶圆（10）的缓冲层、n型GaN层、超晶格层、量子阱层、p型电子阻挡层和p型GaN层的总体厚度为d 0 ，d 0 远远大于λ。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191210 |