[發明專利]一種倒裝納米LED芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201310526518.4
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103560186A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 陳志忠;焦倩倩;姜顯哲;姜爽;李俊澤;李順峰;張國義
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/24;H01L33/44;H01L33/38;H01L33/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 王巖

技術領域

本發明涉及倒裝納米柱LED，尤其涉及一種采用自上而下的方法制備的納米LED芯片及其制備方法。

背景技術

相比于大尺寸發光二級管（LED），納米柱LED具有很多突出的優點，比如位錯密度低，通過生長的方法可以得到無位錯的納米柱陣列，通過納米掩膜，干法或濕法刻蝕的納米柱陣列位錯密度也會降低兩個數量級以上；應力釋放減輕量子限制斯塔克效應，增加量子阱的輻射復合效應；注入效率提高，通過單根納米柱把載流子限制在一維結構中傳輸，得到高的量子阱的注入效率；在大注入電流下可高效率工作，對于互聯的納米柱LED陣列，效率驟降在640A/cm²的大注入電流密度小幾乎為0，分立的納米柱LED可能承受更高的電流密度；消除導波模式，導波模式隨納米柱直徑的減少而減少，納米柱LED出光更有方向性；利于微納集成或者組成納米集成光源，50nm直徑的納米柱LED非常易于組裝于微流體，能形成近場激發光源，同時可以組成局域的微納圖形光源（pattened?light）。納米LED獨特的性能使得它在生物探測，生物成像，神經元調控，無掩模光刻，近場顯微鏡測量，光通訊，數據存儲以及半導體照明等領域均有廣闊的應用前景。

目前GaN基納米柱LED的制備方法包括“自下而上”和“自上而下”兩大類方法，“自下而上”的采用生長的方法開展的比較早，如VLS（氣液固生長模式）、HVPE（氫化物氣相外延）、MBE（分子束外延）等方法，這種方法得到的納米柱使得位錯密度大大減少，某些制備條件下幾乎達到0位錯的水平，有效地提高了晶體的質量。同時，由于納米柱的應力減少以及柔韌性特點，很容易實現高In組分的InGaN量子阱的生長，從而為解決半導體照明領域“green?gap”提供一條可能的途徑。但是在“自下而上”的方法中，為了得到垂直襯底的一維生長，低溫和低V/III比往往是必須的條件，這勢必造成高的本征摻雜和點缺陷的產生，而且，對許多“自下而上”的方法，單根納米柱的定位和操控是非常困難的事情。“自上而下”的方法則是在高質量的GaN基LED外延片上，利用納米尺寸的掩膜，進行濕法和干法腐蝕得到納米柱陣列。

“自上而下”的方法可以有效解決“自下而上”方法的不足，LED外延質量與現有的大面積外延LED質量相同，通過現有的納米圖形制備和轉印技術，可以實現GaN基納米陣列的定位和操控，該方法得到的納米柱的位錯密度也很低，但是制備納米掩模存在困難，到目前為止，納米壓印是報道圖形質量最好并有望批量生產的制備納米掩模的手段。“自上而下”方法的另一個難點在于納米柱LED具有較大的漏電流。

另外一方面，納米柱LED的制備還存在電極制備的困難，這主要是電極尺寸小、圖形化、鍍膜、合金化等均存在問題。目前的納米柱LED電致發光的結果基本上是電極互聯的結果，或者利用SEM，AFM等微觀檢測手段和納米探針進行，還不具實用化條件。

發明內容

本發明針對現有的“自下而上”制備納米柱LED的方法中納米柱的位置和尺寸難以有效控制的問題，以及“自上而下”方法中漏電嚴重問題及不能有效獨立電致發光的問題，提供一種“自上而下”的通過電子束曝光和納米壓印制備納米柱LED的方法。

本發明的一個目的在于提供一種倒裝納米LED芯片。

本發明的倒裝納米LED芯片包括：外延芯片部分、襯底和倒裝焊接部分；外延芯片部分位于襯底上，外延芯片部分包括p型接觸層、n型接觸層、納米柱陣列、未刻蝕n型層和鈍化層；P型接觸層包括p電極層、p焊盤層和P電極焊盤臺；n型接觸層包括n電極層和n焊盤層；其中，納米柱陣列分布在未刻蝕n型層上；分立的P電極焊盤臺分布在未刻蝕n型層上；納米柱陣列和分立的P電極焊盤臺交錯排列；分立的p電極層與納米柱陣列相對應，位于納米柱陣列上；分立的p焊盤層與分立的p電極層相對應，位于p電極層上；在未刻蝕n型層和n電極層之上且在p焊盤層之下，納米柱陣列與分立的P電極焊盤臺之間充滿鈍化層；位于襯底上的外延芯片部分倒扣在倒裝焊接部分上。

倒裝焊接部分包括基板、分立的基板焊盤和底部填充材料；分立的基板焊盤與外延芯片部分的p焊盤層和n焊盤層相對應地位于基板上，倒扣的外延芯片部分通過凸點焊接在基板焊盤上，中間充滿底部填充材料。倒裝焊接部分的基板是一片制備了絕緣層以及靜電保護電路ESD的Si片。基板焊盤是包含與LED芯片焊盤對應的部分及連接外電路的焊盤。凸點是連接外延芯片部分的p焊盤層和n焊盤層與對應的基板焊盤的金屬球，一般采用金Au球，尺寸一般30～50微米。進一步包括導線，將倒裝焊盤與外短路相連接，如果納米柱陣列的排列較密，采用多層布線的方法。