[发明专利]一种微米尺寸倒装LED芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及可见光通信用LED芯片领域，具体涉及微米尺寸倒装LED芯片及其制备方法。

背景技术

在可见光通信领域，LED芯片的调制带宽是影响信息传输速率的重要因素。芯片的调制带宽主要由载流子复合寿命和RC常数决定，其中R和C分别是芯片的等效电阻和等效电容。采用微米尺寸LED芯片，一方面可降低等效电容、减小RC常数，另一方面可提高电流密度、降低少数载流子的复合寿命，从而提升芯片的调制带宽。然而，与普通大尺寸芯片相比，微米尺寸芯片的正/负电极面积与有源区发光面积的比值较高，电极遮挡导致发光效率下降的问题较为严重。为了降低电极遮挡的影响，需采用倒装LED芯片。

金属Ag是倒装芯片中常用的反射镜材料。一般地，在刻蚀平台结构暴露n-GaN层后，采用电子束蒸发在p-GaN层表面沉积金属Ag反射镜。由于Ag在高温下容易发生扩散，金属Ag反射镜的边界与平台边界必须有足够的距离。而且，一般地，还需在金属Ag的表面和侧壁制备防护层。受普通紫外光刻工艺对准误差的影响，防护层与平台边界还需一定的距离。因此，金属Ag边界与GaN平台边界的距离较大。对于普通大尺寸LED芯片，这个防护距离占芯片尺寸的比例较小，几乎可以忽略。但对于微米尺寸LED芯片，这个防护距离占芯片尺寸的比例较大，可能仅有70%左右的光被反射从衬底出射，而另外30%的光从没有金属Ag反射镜的区域从p-GaN层出射。

发明内容

本发明针对GaN基微米尺寸LED芯片，公开一种倒装LED芯片结构及其制备方法，提高反射镜的反射率，同时避免反射电极层中的金属扩散导致的漏电现象，并且在光刻工艺中具有较大的对准容差。

为实现上述目的，本发明至少采用下列技术方案之一。

一种微米尺寸倒装LED芯片，制备该LED芯片的GaN外延层是台型结构，台型结构的台基和台面都呈圆台型，台基上分布有n-电极圆环，台面顶部的边缘分布有电流扩展圆环，电流扩展圆环顶部的边缘和台型结构的侧壁设有钝化层，台面顶部和钝化层侧壁覆盖p-反射电极层。

进一步优化地，所述LED芯片是倒装结构，从下至上依次包括衬底、缓冲层、非故意掺杂GaN层、n-GaN层、量子阱层、p-GaN层、芯片边缘的电流扩展圆环，n-GaN层包括台基和台面，台基的上表面边缘设有n-电极层即所述n-电极圆环；芯片边缘的电流扩展圆环设在p-GaN层顶部的边缘，缓冲层、非故意掺杂GaN层、n-GaN层、量子阱层、p-GaN层、芯片边缘的电流扩展圆环、n-电极层一起叠成后的侧壁设有钝化层，芯片边缘的电流扩展圆环、n-电极层的上表面也设有钝化层，p-GaN层顶部除芯片边缘的电流扩展圆环外的部位被p-反射电极层覆盖，钝化层的外侧壁也被p-反射电极层覆盖。

进一步优化地，所述台面顶部的直径是微米数量级，数值为10 μm ~ 100 μm；所述圆台侧壁与底边的夹角的范围是20^o-50^o，优选值是GaN/空气界面的布儒斯特角。

进一步优化地，所述的GaN基微米尺寸倒装LED芯片，其特征是所述电流扩展圆环的外边界与台面顶部的边界的距离小于5 μm，所述电流扩展层在蓝光和绿光波段具有高透过率（能透过，且透过率越高越好），与GaN形成低欧姆接触电阻，且在300℃的温度下不会发生离子扩散。

进一步优化地，所述的GaN基微米尺寸倒装LED芯片，其特征是所述钝化层由介质绝缘层和分布布拉格反射镜层组成，所述分布布拉格反射镜的周期数不小于1，周期结构的低折射率材料/高折射率材料是SiO₂/SiN_x。

进一步优化地，所述的GaN基微米尺寸倒装LED芯片，其特征是所述p-反射电极层的结构形式是粘附层/反射层/阻挡层/保护层，所述粘附层是Ni、Cr、Ti中的一种，所述反射层是Ag、Al中的一种，所述阻挡层是Ni、Cr、Ti中的一种，所述保护层是Au、TiN中的一种。

本发明还提供所述的GaN基微米尺寸倒装LED芯片的制备方法，包括如下步骤：

（1）在LED的GaN外延层上沉积电流扩展层，并高温退火进行合金，再通过普通紫外光刻技术形成光刻胶掩模层，然后进行湿法腐蚀，并适当的侧向腐蚀使得电流扩展层的横向尺寸小于光刻胶掩模层的横向尺寸。

（2）以步骤（1）制备的光刻胶掩模层作为刻蚀台型结构的掩模层，通过干法刻蚀制备台面结构，暴露n-GaN层，然后去除光刻胶。