一種垂直型石墨烯led芯片的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開的垂直型石墨烯LED芯片自下而上依次有背面金屬層、襯底、第一鍵合金屬層、第二鍵合金屬層、p型電極、p型氮化鎵層、多量子阱層、n型氮化鎵層、n型電極，在襯底與背面金屬層的界面有石墨烯層，或在襯底與第一鍵合金屬層的界面有石墨烯層，或者在襯底與背面金屬層的界面以及襯底與第一鍵合金屬層的界面均有石墨烯層。增加的石墨烯層可以解決目前硅襯底與鍵合金屬層以及背面金屬層接觸界面導(dǎo)熱不良的問題，同時，石墨烯具有高的載流子遷移率，加入的石墨烯層不影響甚至可以提高整個LED器件的發(fā)光性能。
【專利說明】—種垂直型石墨烯LED芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種LED照明芯片，尤其是與石墨烯結(jié)合的垂直型石墨烯LED芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)能源日益枯竭的今天，一方面，替代能源的發(fā)展受到越來越多的重視，另一方面，節(jié)能環(huán)保成為關(guān)注熱點。能源消耗中，照明消耗占全部能源消耗的20%以上，因此，降低照明用電是節(jié)省電力的重要途徑。LED照明器件是一種固體冷光源，具有低能耗、壽命長、易控制、安全環(huán)保等特點，是理想的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，適用各種照明場所。目前LED發(fā)展趨勢主要有兩個方向，一是提高LED的發(fā)光效率，二是降低LED的生產(chǎn)成本。垂直結(jié)構(gòu)LED能夠保證在一定的發(fā)光效率的前提下，采用較大的電流去驅(qū)動，這樣一個垂直結(jié)構(gòu)LED芯片可以相當(dāng)于幾個正裝結(jié)構(gòu)芯片，折合成本只有正裝結(jié)構(gòu)的幾分之一。因此，垂直結(jié)構(gòu)LED必然會加速LED應(yīng)用于普通照明領(lǐng)域的進程，是市場所向，是半導(dǎo)體照明發(fā)展的必然趨勢，現(xiàn)有的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片自下而上依次有背面金屬層、襯底、第一鍵合金屬層、第二鍵合金屬層、P型電極、P型氮化鎵層、多量子阱層、η型氮化鎵層和η型電極。
[0003]從LED的結(jié)構(gòu)上講，可以將GaN基LED劃分為正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)。目前比較成熟的III族氮化物多采用藍(lán)寶石材料作為襯底，由于藍(lán)寶石襯底的絕緣性，所以普通的GaN基LED采用正裝結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)簡單，制作工藝相對成熟。然而正裝結(jié)構(gòu)LED有兩個明顯的缺點，首先正裝結(jié)構(gòu)LED ρ、η電極在LED的同一側(cè)，電流須橫向流過n_GaN層，導(dǎo)致電流擁擠，局部發(fā)熱量高，限制了驅(qū)動電流；其次，由于藍(lán)寶石襯底的導(dǎo)熱性差(35 W /(m K))，嚴(yán)重的阻礙了熱量的散失。垂直結(jié)構(gòu)可以有效解決正裝結(jié)構(gòu)LED的兩個問題，垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED采用高熱導(dǎo)率的襯底(S1、Ge以及Cu等襯底)取代藍(lán)寶石襯底，在很大程度上提高了散熱效率；垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的兩個電極分別在LED外延層的兩側(cè)，通過圖形化的η電極，使得電流幾乎全部垂直流過LED外延層，橫向流動的電流極少，可以避免正裝結(jié)構(gòu)的電流擁擠問題，提高發(fā)光效率，同時也解決了 P極的遮光問題，提升LED的發(fā)光面積。
[0004]垂直結(jié)構(gòu)LED的散熱效率還可以進一步提高。LED芯片結(jié)構(gòu)中，垂直堆疊的各層界面往往散熱效果較差，限制LED發(fā)光效率的進一步提高。自從石墨烯材料在2004年首次被穩(wěn)定制備出來以后，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)石墨烯材料具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)，且具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)。石墨烯與LED芯片的結(jié)合，將有利于LED芯片散熱效率的進一步提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于提供一種有利于改善散熱效率，提高LED器件發(fā)光性能的垂直型石墨烯LED芯片。
[0006]本實用新型的垂直型石墨烯LED芯片，自下而上依次有背面金屬層、襯底、第一鍵合金屬層、第二鍵合金屬層、P型電極、P型氮化鎵層、多量子阱層、η型氮化鎵層、η型電極，在襯底與背面金屬層的界面有石墨烯層，或在襯底與第一鍵合金屬層的界面有石墨烯層，或者在襯底與背面金屬層的界面以及襯底與第一鍵合金屬層的界面均有石墨烯層。
[0007]本實用新型中，所述的襯底可以是硅或鍺。
[0008]本實用新型中，所述的第一鍵合金屬層和第二鍵合金屬層均可以是金、銀、銅、鋁、鈦和鎳中的一種或幾種的復(fù)合金屬。
[0009]本實用新型中，所述的P型電極可以是鉬、鎳、鈀、鎂、金和銀中的一種或幾種的復(fù)
合金屬。
[0010]本實用新型中，所述的η型電極可以是鈦、鋁和金中的一種或幾種的復(fù)合金屬。
[0011]本實用新型中，所述的石墨烯層可以為單層石墨烯、雙層石墨烯或多層石墨烯。
[0012]本實用新型與【背景技術(shù)】相比具有的有益效果是:
[0013]1、增加的石墨烯層可以解決目前襯底與第一鍵合金屬層，以及襯底與背面金屬層接觸界面導(dǎo)熱不良的問題，提高LED芯片散熱效率；
[0014]2、石墨烯具有高的載流子遷移率，加入的石墨烯層不影響甚至可以提高整個LED器件的發(fā)光性能。
[0015]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0016]圖1為垂直型石墨烯LED芯片示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合具體實施例進一步說明本實用新型。
[0018]參照圖1，本實用新型的垂直型石墨烯LED芯片，自下而上依次有背面金屬層1、襯底2)第一鍵合金屬層3、第二鍵合金屬層4、ρ型電極5、ρ型氮化鎵層6、多量子講層7、η型氮化鎵層8、η型電極9，在襯底2與背面金屬層I的界面有石墨烯層10，或在襯底2與第一鍵合金屬層3的界面有石墨烯層10，或者在襯底2與背面金屬層I的界面以及襯底2與第一鍵合金屬層3的界面均有石墨烯層10。
[0019]實施例1:
[0020]I)藍(lán)寶石為生長襯底，表面清洗后，采用MOCVD方法生長GaN緩沖層，厚度100納米;
[0021]2)采用MOCVD方法在緩沖層上生長η型GaN層，厚度5微米；
[0022]3)采用MOCVD方法在η型GaN層上生長多量子阱層，厚度80納米；
[0023]4)采用MOCVD方法在多量子阱層上生長P型GaN層，厚度500納米；
[0024]5)在P型GaN層上蒸鍍ρ型電極，電極材料為銀；
[0025]6)在ρ型電極上蒸鍍第二鍵合金屬層，金屬材料為金；
[0026]7)在娃襯底上蒸鍍背面金屬層,金屬層材料為金；
[0027]8)在娃襯底另一面采用PMMA方法(參見文獻Li, X.S., et al., Large-AreaSynthesis of High-Quality and Uniform Graphene Films on Copper Foils.Science,2009.324(5932): p.1312-1314)轉(zhuǎn)移單層石墨烯；
[0028]9)在單層石墨烯層上蒸鍍第一鍵合金屬層，金屬材料為金；
[0029]10)將第二鍵合金屬層與第一鍵合金屬層鍵合；
[0030]11)采用激光工藝剝離藍(lán)寶石襯底，腐蝕去除GaN緩沖層；[0031]12)在η型GaN層上蒸鍍η型層電極，電極材料為鈦；
[0032]13)垂直型石墨烯LED芯片制作完成。
[0033]實施例2:
[0034]I)藍(lán)寶石為生長襯底，表面清洗后，采用MOCVD方法生長GaN緩沖層，厚度200納米;
[0035]2)采用MOCVD方法在緩沖層上生長η型GaN層，厚度2微米；
[0036]3)采用MOCVD方法在η型GaN層上生長多量子阱層，厚度120納米；
[0037]4)采用MOCVD方法在多量子阱層上生長P型GaN層，厚度200納米；
[0038]5)在ρ型GaN層蒸鍍ρ型電極，電極材料為金與鉬的復(fù)合金屬；
[0039]6)在ρ型電極上蒸鍍第二鍵合金屬層，金屬材料為銅；
[0040]7)娃襯底上蒸鍍背面金屬層,金屬層材料為金；
[0041]8)在硅襯底另一面采用PMMA方法轉(zhuǎn)移雙層石墨烯；
[0042]9)在雙層石墨烯層上蒸鍍第一鍵合金屬層，金屬材料為銅；
[0043]10)將第二鍵合金屬層與第一鍵合金屬層鍵合；
[0044]11)采用激光工藝剝離藍(lán)寶石襯底，腐蝕去除GaN緩沖層；
[0045]12)在η型GaN層上蒸鍍η型層電極，電極材料為鋁與鈦的復(fù)合金屬；
[0046]13)垂直型石墨烯LED芯片制作完成。
[0047]實施例3:
[0048]I)藍(lán)寶石為生長襯底，表面清洗后，采用MOCVD方法生長GaN緩沖層，厚度400納米;
[0049]2)采用MOCVD方法在緩沖層上生長η型GaN層，厚度8微米；
[0050]3)采用MOCVD方法在η型GaN層上生長多量子阱層，厚度50納米；
[0051]4)采用MOCVD方法在多量子阱層上生長P型GaN層，厚度800納米；
[0052]5)在ρ型GaN層上蒸鍍ρ型電極，電極材料為銀與鎳的復(fù)合金屬；
[0053]6)在ρ型電極上蒸鍍第二鍵合金屬層，金屬材料為鋁和銅的復(fù)合金屬；
[0054]7)在鍺襯底一面采用PMMA方法轉(zhuǎn)移多層石墨烯；
[0055]8)在多層石墨烯層上蒸鍍背面金屬層，金屬層材料為銀；
[0056]9)在鍺襯底另一面蒸鍍第一鍵合金屬層,金屬材料為鈦；
[0057]10)將第二鍵合金屬層與第一鍵合金屬層鍵合；
[0058]11)采用激光工藝剝離藍(lán)寶石襯底，腐蝕去除GaN緩沖層；
[0059]12)在η型GaN層上蒸鍍η型層電極，電極材料為金與鈦的復(fù)合金屬；
[0060]13)垂直型石墨烯LED芯片制作完成。
[0061]實施例4
[0062]I)藍(lán)寶石為生長襯底，表面清洗后，采用MOCVD方法生長GaN緩沖層，厚度150納米;
[0063]2)采用MOCVD方法在緩沖層上生長η型GaN層，厚度6微米；
[0064]3)采用MOCVD方法在η型GaN層上生長多量子阱層，厚度30納米；
[0065]4)采用MOCVD方法在多量子阱層上生長P型GaN層，厚度400納米；
[0066]5)在ρ型GaN層上蒸鍍ρ型電極，電極材料為鈀與鎂的復(fù)合金屬；[0067]6)在P型電極上蒸鍍第二鍵合金屬層,金屬材料為金和銅的復(fù)合金屬；
[0068]7)在鍺襯底一面采用多層石墨烯微片溶液法旋涂石墨烯并烘干得到多層石墨烯層；
[0069]8)在多層石墨烯層上蒸鍍背面金屬層，金屬層材料為銀；
[0070]9)在鍺襯底另一面采用PMMA方法轉(zhuǎn)移單層石墨烯；
[0071]10)在單層石墨烯上蒸鍍第一鍵合金屬層,金屬材料為金和鈦的復(fù)合金屬；
[0072]11)將第二鍵合金屬層與第一鍵合金屬層鍵合；
[0073]12)采用激光工藝剝離藍(lán)寶石襯底，腐蝕去除GaN緩沖層；
[0074]13)在η型GaN層上蒸鍍η型層電極，電極材料為金與鈦的復(fù)合金屬；
[0075]垂直型石墨烯LED芯片制作完成。
【權(quán)利要求】
1.一種垂直型石墨烯LED芯片，自下而上依次有背面金屬層(I)、襯底(2)、第一鍵合金屬層(3)、第二鍵合金屬層(4)、p型電極(5)、p型氮化鎵層(6)、多量子阱層(7)、n型氮化鎵層(8)、η型電極(9)，其特征是在襯底(2)與背面金屬層(I)的界面有石墨烯層(10)，或在襯底(2)與第一鍵合金屬層(3)的界面有石墨烯層(10)，或者在襯底(2)與背面金屬層(I)的界面以及襯底(2)與第一鍵合金屬層(3)的界面均有石墨烯層(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直型石墨烯LED芯片，其特征在于所述的襯底(2)是硅或鍺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直型石墨烯LED芯片，其特征在于所述的第一鍵合金屬層(3)和第二鍵合金屬層(4)均是金、銀、銅、鋁、鈦和鎳中的一種或幾種的復(fù)合金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直型石墨烯LED芯片，其特征在于所述的P型電極(4)是鉬、鎳、鈀、鎂、金和銀中的一種或幾種的復(fù)合金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直型石墨烯LED芯片，其特征在于所述的η型電極(8)是鈦、鋁和金中的一種或幾種的復(fù)合金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直型石墨烯LED芯片，其特征在于所述的石墨烯層(10)為單層石墨烯、雙層石墨烯或多層石墨烯。
【文檔編號】H01L33/14GK203415610SQ201320358446
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月21日
【發(fā)明者】林時勝, 李曉強 申請人:杭州格藍(lán)豐納米科技有限公司