[发明专利]一种倒装纳米LED芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及倒装纳米柱LED，尤其涉及一种采用自上而下的方法制备的纳米LED芯片及其制备方法。

背景技术

相比于大尺寸发光二级管（LED），纳米柱LED具有很多突出的优点，比如位错密度低，通过生长的方法可以得到无位错的纳米柱阵列，通过纳米掩膜，干法或湿法刻蚀的纳米柱阵列位错密度也会降低两个数量级以上；应力释放减轻量子限制斯塔克效应，增加量子阱的辐射复合效应；注入效率提高，通过单根纳米柱把载流子限制在一维结构中传输，得到高的量子阱的注入效率；在大注入电流下可高效率工作，对于互联的纳米柱LED阵列，效率骤降在640A/cm²的大注入电流密度小几乎为0，分立的纳米柱LED可能承受更高的电流密度；消除导波模式，导波模式随纳米柱直径的减少而减少，纳米柱LED出光更有方向性；利于微纳集成或者组成纳米集成光源，50nm直径的纳米柱LED非常易于组装于微流体，能形成近场激发光源，同时可以组成局域的微纳图形光源（pattened light）。纳米LED独特的性能使得它在生物探测，生物成像，神经元调控，无掩模光刻，近场显微镜测量，光通讯，数据存储以及半导体照明等领域均有广阔的应用前景。

目前GaN基纳米柱LED的制备方法包括“自下而上”和“自上而下”两大类方法，“自下而上”的采用生长的方法开展的比较早，如VLS（气液固生长模式）、HVPE（氢化物气相外延）、MBE（分子束外延）等方法，这种方法得到的纳米柱使得位错密度大大减少，某些制备条件下几乎达到0位错的水平，有效地提高了晶体的质量。同时，由于纳米柱的应力减少以及柔韧性特点，很容易实现高In组分的InGaN量子阱的生长，从而为解决半导体照明领域“green gap”提供一条可能的途径。但是在“自下而上”的方法中，为了得到垂直衬底的一维生长，低温和低V/III比往往是必须的条件，这势必造成高的本征掺杂和点缺陷的产生，而且，对许多“自下而上”的方法，单根纳米柱的定位和操控是非常困难的事情。“自上而下”的方法则是在高质量的GaN基LED外延片上，利用纳米尺寸的掩膜，进行湿法和干法腐蚀得到纳米柱阵列。

“自上而下”的方法可以有效解决“自下而上”方法的不足，LED外延质量与现有的大面积外延LED质量相同，通过现有的纳米图形制备和转印技术，可以实现GaN基纳米阵列的定位和操控，该方法得到的纳米柱的位错密度也很低，但是制备纳米掩模存在困难，到目前为止，纳米压印是报道图形质量最好并有望批量生产的制备纳米掩模的手段。“自上而下”方法的另一个难点在于纳米柱LED具有较大的漏电流。

另外一方面，纳米柱LED的制备还存在电极制备的困难，这主要是电极尺寸小、图形化、镀膜、合金化等均存在问题。目前的纳米柱LED电致发光的结果基本上是电极互联的结果，或者利用SEM，AFM等微观检测手段和纳米探针进行，还不具实用化条件。

发明内容

本发明针对现有的“自下而上”制备纳米柱LED的方法中纳米柱的位置和尺寸难以有效控制的问题，以及“自上而下”方法中漏电严重问题及不能有效独立电致发光的问题，提供一种“自上而下”的通过电子束曝光和纳米压印制备纳米柱LED的方法。

本发明的一个目的在于提供一种倒装纳米LED芯片。

本发明的倒装纳米LED芯片包括：外延芯片部分、衬底和倒装焊接部分；外延芯片部分位于衬底上，外延芯片部分包括p型接触层、n型接触层、纳米柱阵列、未刻蚀n型层和钝化层；P型接触层包括p电极层、p焊盘层和P电极焊盘台；n型接触层包括n电极层和n焊盘层；其中，纳米柱阵列分布在未刻蚀n型层上；分立的P电极焊盘台分布在未刻蚀n型层上；纳米柱阵列和分立的P电极焊盘台交错排列；分立的p电极层与纳米柱阵列相对应，位于纳米柱阵列上；分立的p焊盘层与分立的p电极层相对应，位于p电极层上；在未刻蚀n型层和n电极层之上且在p焊盘层之下，纳米柱阵列与分立的P电极焊盘台之间充满钝化层；位于衬底上的外延芯片部分倒扣在倒装焊接部分上。

倒装焊接部分包括基板、分立的基板焊盘和底部填充材料；分立的基板焊盘与外延芯片部分的p焊盘层和n焊盘层相对应地位于基板上，倒扣的外延芯片部分通过凸点焊接在基板焊盘上，中间充满底部填充材料。倒装焊接部分的基板是一片制备了绝缘层以及静电保护电路ESD的Si片。基板焊盘是包含与LED芯片焊盘对应的部分及连接外电路的焊盘。凸点是连接外延芯片部分的p焊盘层和n焊盘层与对应的基板焊盘的金属球，一般采用金Au球，尺寸一般30～50微米。进一步包括导线，将倒装焊盘与外短路相连接，如果纳米柱阵列的排列较密，采用多层布线的方法。