[發明專利]一種大注入倒裝微米LED芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201811266665.1
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109461753B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 焦飛;李誠誠;陳志忠;康香寧;詹景麟;陳怡帆;陳毅勇;聶靖昕;趙彤陽;馮玉龍;沈波
• 申請（專利權）人: 北京協同創新研究院;北京大學
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15;H01L33/42;H01L33/48;H01L33/62;H01L33/64
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

本發明公開了一種大注入倒裝微米LED芯片及其制備方法。本發明首先通過圖形化掩埋及控制電子束蒸發、光刻等過程，最終在芯片內實現并聯的倒裝結構，使得大注入電流均勻的擴展到陣列內每個LED終端，再將芯片與導熱基底進行焊接，大大提升高功率芯片的散熱性能；總線加梳狀結構解決了在P型透明電極上電流的擴展均勻性問題；環繞模式的大面積N型電極，解決了電流均勻性問題以及散熱問題；LED芯片與散熱基板之間采用共晶焊接方式，散熱并提高焊接過程中襯底與芯片之間焊接的工藝可控性；P型透明電極與N型電極設計成共面波導結構，以提高微米LED芯片在可見光通信的帶寬。

技術領域

本發明涉及可見光通信LED技術，具體涉及一種大注入倒裝微米LED芯片及其制備方法。

背景技術

近年來，LED已經逐漸成為室內照明的主要光源。并由于LED具有更高效率、更長壽命的特點，除在室內照明領域外，在背光照明、全彩顯示、生物醫療等方面都具有強烈的應用需求。特別是在LED燈具上加載通信功能后(Li-Fi)，LED具有更為廣闊的應用前景。相比于傳統寬帶接入技術，Li-Fi具有傳輸數據率高、定位精度高、保密性強、無電磁干擾、無需無線電頻譜認證等優點，是對電磁干擾敏感、安全保密等特殊場合的理想短距離無線接入/定位方案。

但是用于照明的傳統白光LED 3dB帶寬只有幾MHz至幾十MHz，往往需要使用均衡、多路輸入輸出、復用等技術使得數據傳輸速率達到Gbps的量級。這樣一方面使得通信系統復雜，成本過于昂貴，另一方面這些經過調制的可見光信號往往傳輸距離有限，限制了其實際的應用。各種提高LED芯片帶寬的技術被研究者所提出，包括微米(micro)LED技術、非極性/半極性LED技術、表面等離激元技術、量子點熒光粉技術等等。其中micro LED技術因為與傳統LED芯片工藝兼容，而受到廣泛重視。

國際上報道的Micro LED的3dB帶寬已經達到約1GHz的水平。這主要利用micro-LED芯片的電流均勻擴展特性，芯片的注入電流密度達到kA/cm2以上。根據帶寬fc與注入電流密度J關系：

其中B為輻射復合系數，t為有源區厚度，q為電子電量。即隨著注入電流密度的增加，帶寬可以呈平方根關系增加。雖然帶寬隨著電流密度增加可以單調增加，但是隨著電流密度增加，LED的電流擴展及散熱問題也很突出。美國Chakraborty等人(Appl.Phys.Lett.88,181120(2006))，利用叉指狀的總線技術解決了micro LED的電流擴展問題，但是散熱問題并不能夠完全解決。三維高頻電磁場仿真工具HFSS模擬發現他們的直角像素單元幾何也不利于高頻信號的饋入。華南師范大學郭志友(CN201510492225)利用環形電極結構提高電子空穴復合速率，但是芯片大注入電流密度下的電流擴展和散熱存在較大的問題。

倒裝芯片(flip-chip)焊接技術可以直接把像素單元連同n電極直接焊接在散熱基板(submount)上，使得LED像素發熱區直接散熱至基板，極大提高散熱效率。同時microLED陣列的p，n電極互聯分別在芯片和submount上進行，進一步提高電流擴展能力和像素單元設計的靈活性。

發明內容

針對以上現有技術中存在的問題，本發明面向可見光通信，提出了一種大注入倒裝微米LED芯片及其制備方法。

本發明的一個目的在于提出一種大注入倒裝微米LED芯片。