[發明專利]生長在具有異質材料陣列的襯底上的倒裝發光二極管芯片

在審

• 申請號: 202011446962.1
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112563377A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 周圣軍;藍樹玉
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L33/44;H01L33/24;H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

本發明提供一種生長在具有異質材料陣列的襯底上的倒裝發光二極管芯片，包括從上到下依次設置的具有異質材料陣列的襯底，濺射Ⅲ?Ⅴ族化合物成核層、未摻雜Ⅲ?Ⅴ族緩沖層、硅摻雜Ⅲ?Ⅴ族層、多量子阱有源層、鎂摻雜Ⅲ?Ⅴ族層、透明導電層、反射層、鈍化層、電極和散熱基板；具有異質材料陣列的襯底包括平襯底和襯底表面的凹凸形的異質材料陣列；且所述的異質材料陣列的折射率小于平襯底的折射率。本發明通過在平襯底上設置折射率更小的凹凸形異質材料陣列，可減小襯底與空氣的折射率差異，從而提高芯片的頂部出光，最終獲得更高的光提取效率。

技術領域

本發明屬于光電子技術領域，尤其涉及生長在具有異質材料陣列的襯底上的倒裝發光二極管芯片。

背景技術

GaN基倒裝發光二極管芯片由于其發光效率高、壽命長、能耗低，在高分辨率顯示、可見光通信、汽車前照明和普通照明等領域得到了廣泛的應用。目前，商業化的GaN基倒裝發光二極管芯片一般都是在藍寶石圖形襯底上外延生長Ⅲ-Ⅴ族化合物，由于圖形化打破了襯底和Ⅲ-Ⅴ族化合物的全反射界面，在此界面可獲得較高的光提取效率。但是藍寶石與空氣的折射率差異較大，導致襯底和空氣界面形成的全反射角較大，發光層產生的部分光在藍寶石和空氣界面反射回芯片內部，最終被材料吸收，導致發光二極管光提取效率下降。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種生長在具有異質材料陣列的襯底上的倒裝發光二極管芯片，能夠提高光提取效率。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種生長在具有異質材料陣列的襯底上的倒裝發光二極管芯片，包括從上到下依次設置的具有異質材料陣列的襯底，濺射Ⅲ-Ⅴ族化合物成核層、未摻雜Ⅲ-Ⅴ族緩沖層、硅摻雜Ⅲ-Ⅴ族層、多量子阱有源層、鎂摻雜Ⅲ-Ⅴ族層、透明導電層、反射層、鈍化層、電極和散熱基板；

所述的具有異質材料陣列的襯底包括平襯底和襯底表面的凹凸形的異質材料陣列；且所述的異質材料陣列的折射率小于平襯底的折射率。

按上述方案，所述的異質材料陣列由圓錐形、棱錐、半球形、橢球中的任意一種或幾種任意組合形狀的凸起的陣列結構構成。

按上述方案，所述的異質材料陣列為圓錐形凸起陣列，凸起的圓錐高度為0.1-5μm，圓錐底部直徑為 0.1-10μm，形成的圓錐橫截面的頂角為0°-180°。

所述的生長在具有異質材料陣列的襯底上的倒裝發光二極管芯片的制備方法，本方法包括以下步驟：

步驟一、在平襯底上沉積一層折射率小于襯底折射率的異質材料；

步驟二、在所述的異質材料表面旋涂一層正性光刻膠層，在正性光刻膠層上形成凹凸形陣列；

步驟三、以凹凸形陣列的正性光刻膠為掩模版，刻蝕所述的異質材料，直至在襯底表面形成凹凸形的異質材料陣列；

步驟四、去除凹凸形的異質材料陣列表面殘余的光刻膠并烘干；

步驟五、在異質材料陣列表面濺射一層Ⅲ-Ⅴ族化合物成核層；

步驟六、依次在濺射Ⅲ-Ⅴ族化合物成核層上外延生長未摻雜Ⅲ-Ⅴ族緩沖層、硅摻雜Ⅲ-Ⅴ族層、多量子阱有源層和鎂摻雜Ⅲ-Ⅴ族層，然后沉積透明導電層、反射層、鈍化層和電極，最后鍵合到散熱基板上，形成倒裝發光二極管芯片。

按上述方法，所述的步驟二利用激光直寫灰度光刻結合熱回流技術或采用納米壓印技術，在正性光刻膠層上形成凹凸形陣列。

按上述方法，步驟一所述的異質材料的厚度大于500nm。

按上述方法，所述的步驟四將凹凸形異質材料陣列結構浸泡在有機溶劑中去除表面殘余的光刻膠。

本發明的有益效果為：通過在平襯底上設置折射率更小的凹凸形異質材料陣列，可減小襯底與空氣的折射率差異，從而提高芯片的頂部出光，最終獲得更高的光提取效率。

附圖說明

圖1為本發明實施例一的結構示意圖。