[發(fā)明專利]倒裝結(jié)構(gòu)微尺寸光子晶體LED陣列芯片及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811152566.0
• 申請(qǐng)日: 2018-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN109216399A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃華茂;黃程;吳浩城;王洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L27/15
• 分類號(hào): H01L27/15;H01L33/14;H01L33/10;H01L33/46;H01L33/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了倒裝結(jié)構(gòu)微尺寸光子晶體LED陣列芯片及其制備方法。本發(fā)明的LED陣列芯片，四個(gè)發(fā)光單元并聯(lián)，正電極金屬連接線與半導(dǎo)體材料之間由介質(zhì)絕緣層隔離，負(fù)電極直接覆蓋在半導(dǎo)體材料上表面；發(fā)光單元的有源區(qū)域具有周期分布的光子晶體，光子晶體的深度超過有源層的深度；除電極焊盤外，整個(gè)芯片表面都分布有介質(zhì)DBR；金屬電極構(gòu)成金屬反射鏡。本發(fā)明的制備方法，采用先制備歐姆接觸層和電極、后刻蝕光子晶體的方案，無需平坦化等傳統(tǒng)工藝流程；采用較厚的條狀介質(zhì)絕緣層隔離電極與半導(dǎo)體材料，較薄的介質(zhì)掩膜層與膠掩膜層共同刻蝕的方案，有利于DBR的沉積以及光子模式的快速逸出；本發(fā)明的工藝流程簡(jiǎn)單、可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光子晶體LED芯片領(lǐng)域，具體涉及一種倒裝結(jié)構(gòu)微尺寸光子晶體LED陣列芯片及其制備方法。

背景技術(shù)

可見光通信兼顧照明和通信兩種功能，成為LED（發(fā)光二極管）在超越照明領(lǐng)域的一個(gè)重要突破點(diǎn)。在可見光通信中，發(fā)光器件的調(diào)制帶寬是影響通信容量的重要因素。LED的調(diào)制帶寬主要受RC常數(shù)和載流子復(fù)合速率的影響。為了降低RC常數(shù)以提升RC帶寬，可采用微尺寸芯片；為了提高載流子復(fù)合速率以提升載流子限制帶寬，可采用諧振腔、表面等離激元和光子晶體技術(shù)。

微尺寸芯片既具有較小的電容，又具有較高的飽和電流密度，可有效地提高調(diào)制帶寬。但是，單個(gè)的微尺寸LED的有源區(qū)面積較小，輸出光功率較小，信噪比較差，不利于可見光通信。

光子晶體LED通過禁帶效應(yīng)增強(qiáng)中心波長的光子局域態(tài)密度，提高載流子復(fù)合速率從而提升載流子限制帶寬。光子晶體的制備一般采用“制備光子晶體à表面平坦化à干法刻蝕暴露半導(dǎo)體材料à制備歐姆接觸層à制備電極”的工藝流程。這個(gè)工藝流程引入了三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。難點(diǎn)1是表面平坦化：在具有光子晶體的LED外延片上旋涂SOG（勻膠玻璃）或BCB等填充材料使得外延片表面平坦化，由于填充材料是液態(tài)，旋轉(zhuǎn)涂敷后容易沿著圖案化的外延片表面上下起伏，因此較難實(shí)現(xiàn)平坦化。難點(diǎn)2是干法刻蝕暴露半導(dǎo)體材料：填充材料分布在光子晶體的表面，以及光子晶體之間的空隙，在進(jìn)行干法刻蝕時(shí)，既要使得光子晶體表面的填充材料完全被去除，又要盡量使得光子晶體之間的空隙中的填充材料與半導(dǎo)體材料表面齊平，因此需要精細(xì)的控制。難點(diǎn)3是制備歐姆接觸層：在光子晶體的表面制備歐姆接觸層時(shí)，歐姆接觸層與半導(dǎo)體材料的接觸面積較小，因此歐姆接觸性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種倒裝結(jié)構(gòu)微尺寸光子晶體LED陣列芯片及其制備方法，該芯片由四個(gè)發(fā)光單元并聯(lián)而成，發(fā)光單元的有源區(qū)域具有光子晶體，芯片表面制備介質(zhì)DBR（分布布拉格反射鏡）和金屬反射鏡形成倒裝結(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。

一種倒裝結(jié)構(gòu)微尺寸光子晶體LED陣列芯片，包括四個(gè)發(fā)光單元、正電極焊盤和負(fù)電極焊盤，所述正電極焊盤和負(fù)電極焊盤分布在發(fā)光單元的兩側(cè)，所述四個(gè)發(fā)光單元中相鄰發(fā)光單元的正電極通過金屬連接線依次并聯(lián)連接，其中一端并與正電極焊盤連接，呈2× 2陣列分布，所述發(fā)光單元的負(fù)電極與負(fù)電極焊盤連接在一起；從金屬電極至光出射方向，所述發(fā)光單元的有源區(qū)域依次包括介質(zhì)DBR、透明電流擴(kuò)展層、P型摻雜GaN層、P型摻雜AlGaN層、量子阱層、N型摻雜GaN層、非故意摻雜GaN層、GaN緩沖層和寶石襯底；

所述發(fā)光單元的正電極區(qū)域依次包括介質(zhì)DBR、正電極、透明電流擴(kuò)展層、P型摻雜GaN層、P型摻雜AlGaN層、量子阱層、N型摻雜GaN層、非故意摻雜GaN層、GaN緩沖層和藍(lán)寶石襯底；

所述發(fā)光單元的負(fù)電極區(qū)域依次包括介質(zhì)DBR、負(fù)電極、N型摻雜GaN層、非故意摻雜GaN層、GaN緩沖層、以及藍(lán)寶石襯底。