[發明專利]一種化學腐蝕剝離襯底的微尺寸諧振腔LED芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201710764421.5
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107369746B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 黃華茂;楊倬波;王洪;胡曉龍
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/20;H01L33/48;H01L33/60;H01L33/62
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發明公開了一種化學腐蝕剝離襯底的微尺寸諧振腔LED芯片及其制備方法。本發明的LED芯片為倒裝薄膜結構，外延薄膜僅包含p?GaN層、量子阱層和n?GaN層，在p?GaN層下面是高反射率的金屬反射電極，在n?GaN層上面是介質分布布拉格反射鏡，金屬反射電極和介質DBR構成諧振腔的反射鏡，諧振腔的腔長是波長數量級。本發明制備方法將LED外延片的襯底通過第一次光電輔助化學腐蝕和第二次化學腐蝕去除，再通過金屬鍵合使LED外延片分布在導熱基板上，得到所述化學腐蝕剝離襯底的微尺寸諧振腔LED芯片。本發明制備方法不需要引入額外的材料，因此不會造成外延生長設備真空腔室的污染，同時有利于降低諧振腔的長度。

技術領域

本發明涉及諧振腔LED芯片領域，具體涉及化學腐蝕剝離藍寶石襯底的微尺寸倒裝薄膜結構諧振腔LED芯片及其制備方法。

背景技術

諧振腔LED在量子阱發光層的上、下兩端制備反射鏡，通過法布里-帕羅腔增強諧振頻率的模式密度，提升自發輻射速率，同時提高器件的外量子效率和調制帶寬。與普通LED芯片相比，諧振腔LED具有光譜線寬窄、光輸出方向性好、溫度穩定性好等優點。

諧振腔LED的發光效率與腔長成反比。對于普通商品化藍寶石襯底GaN基LED外延片，可在藍寶石襯底下面和p-GaN層上面制備分布布拉格反射鏡(DBR)構建諧振腔，但這種諧振腔的腔長較大，約100μm數量級。另一種方案是在外延片生長過程中，在非故意摻雜GaN層上制備AlN/GaN?DBR或者Al_0.82In_0.18N/GaN?DBR；前者兩種材料存在較大的晶格失配和熱失配，而后者在高溫生長中很難控制In的組分，使得高質量的氮化物DBR非常困難。采用剝離技術去除藍寶石襯底，并采用刻蝕技術進一步減薄外延薄膜，再分別在n-GaN和p-GaN兩側制備諧振腔，可使得腔長縮減到μm數量級。

激光剝離是一種去除藍寶石襯底的常用技術。采用光子能量大于GaN帶隙而小于藍寶石帶隙的激光，從藍寶石襯底向外延薄膜進行高密度照射，藍寶石襯底和GaN薄膜的分界面吸收能量導致GaN熱分解，產生金屬Ga液滴和氮氣，從而分離藍寶石襯底和GaN薄膜。但是由于產生熱分解的是緩沖層，晶體質量較差，而且輻照激光能量的不均勻性，使得分離后的GaN層的表面較粗糙，降低DBR的反射率。

化學剝離避免了熱沖擊，可獲得較為光滑的表面，并且由于不需要大功率激光器，成本也較低。但是化學腐蝕速率較慢，而且化學腐蝕的犧牲層與其他層之間需要具有較高的腐蝕選擇比。為提高腐蝕速率和選擇比，有報道采用CrN、ZnO、SiO₂等易腐蝕材料作為犧牲層。但是在外延片生長過程中引入新材料，將對外延生長設備的腔室產生污染，而且必須重新研發新的外延生長工藝以免降低GaN薄膜質量。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種化學腐蝕剝離襯底的微尺寸諧振腔LED芯片。該LED芯片為倒裝薄膜結構，外延薄膜僅包含p-GaN層、量子阱層和n-GaN層，在p-GaN層下面是高反射率的金屬反射電極，在n-GaN層上面是介質分布布拉格反射鏡(DBR)，金屬反射電極和介質DBR構成諧振腔的反射鏡，諧振腔的腔長是波長數量級。

本發明的目的還在于提供所述的一種化學腐蝕剝離襯底的微尺寸諧振腔LED芯片的制備方法。該方法將LED外延片的襯底通過第一次光電輔助化學腐蝕和第二次化學腐蝕去除，縮減諧振腔LED芯片的腔長并提高了芯片的發光率，再通過金屬鍵合使LED外延片分布在導熱基板上，得到所述化學腐蝕剝離襯底的微尺寸諧振腔LED芯片。

本發明的目的通過如下技術方案實現。

一種化學腐蝕剝離襯底的微尺寸諧振腔LED芯片，為倒裝薄膜結構，且呈圓盤狀或長方體狀；由導熱基板至光出射方向，依次包括導熱基板、第二鍵合金屬層、第一鍵合金屬層、反射電極的金屬保護層、反射電極、p-GaN層、量子阱層、n-GaN層以及介質DBR；