[发明专利]倒装结构微尺寸光子晶体LED阵列芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了倒装结构微尺寸光子晶体LED阵列芯片及其制备方法。本发明的LED阵列芯片，四个发光单元并联，正电极金属连接线与半导体材料之间由介质绝缘层隔离，负电极直接覆盖在半导体材料上表面；发光单元的有源区域具有周期分布的光子晶体，光子晶体的深度超过有源层的深度；除电极焊盘外，整个芯片表面都分布有介质DBR；金属电极构成金属反射镜。本发明的制备方法，采用先制备欧姆接触层和电极、后刻蚀光子晶体的方案，无需平坦化等传统工艺流程；采用较厚的条状介质绝缘层隔离电极与半导体材料，较薄的介质掩膜层与胶掩膜层共同刻蚀的方案，有利于DBR的沉积以及光子模式的快速逸出；本发明的工艺流程简单、可靠。

技术领域

本发明涉及光子晶体LED芯片领域，具体涉及一种倒装结构微尺寸光子晶体LED阵列芯片及其制备方法。

背景技术

可见光通信兼顾照明和通信两种功能，成为LED（发光二极管）在超越照明领域的一个重要突破点。在可见光通信中，发光器件的调制带宽是影响通信容量的重要因素。LED的调制带宽主要受RC常数和载流子复合速率的影响。为了降低RC常数以提升RC带宽，可采用微尺寸芯片；为了提高载流子复合速率以提升载流子限制带宽，可采用谐振腔、表面等离激元和光子晶体技术。

微尺寸芯片既具有较小的电容，又具有较高的饱和电流密度，可有效地提高调制带宽。但是，单个的微尺寸LED的有源区面积较小，输出光功率较小，信噪比较差，不利于可见光通信。

光子晶体LED通过禁带效应增强中心波长的光子局域态密度，提高载流子复合速率从而提升载流子限制带宽。光子晶体的制备一般采用“制备光子晶体à表面平坦化à干法刻蚀暴露半导体材料à制备欧姆接触层à制备电极”的工艺流程。这个工艺流程引入了三个技术难点。难点1是表面平坦化：在具有光子晶体的LED外延片上旋涂SOG（匀胶玻璃）或BCB等填充材料使得外延片表面平坦化，由于填充材料是液态，旋转涂敷后容易沿着图案化的外延片表面上下起伏，因此较难实现平坦化。难点2是干法刻蚀暴露半导体材料：填充材料分布在光子晶体的表面，以及光子晶体之间的空隙，在进行干法刻蚀时，既要使得光子晶体表面的填充材料完全被去除，又要尽量使得光子晶体之间的空隙中的填充材料与半导体材料表面齐平，因此需要精细的控制。难点3是制备欧姆接触层：在光子晶体的表面制备欧姆接触层时，欧姆接触层与半导体材料的接触面积较小，因此欧姆接触性能较差。

发明内容

有鉴于此，为解决上述现有技术中的问题，本发明提供了一种倒装结构微尺寸光子晶体LED阵列芯片及其制备方法，该芯片由四个发光单元并联而成，发光单元的有源区域具有光子晶体，芯片表面制备介质DBR（分布布拉格反射镜）和金属反射镜形成倒装结构。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种倒装结构微尺寸光子晶体LED阵列芯片，包括四个发光单元、正电极焊盘和负电极焊盘，所述正电极焊盘和负电极焊盘分布在发光单元的两侧，所述四个发光单元中相邻发光单元的正电极通过金属连接线依次并联连接，其中一端并与正电极焊盘连接，呈2× 2阵列分布，所述发光单元的负电极与负电极焊盘连接在一起；从金属电极至光出射方向，所述发光单元的有源区域依次包括介质DBR、透明电流扩展层、P型掺杂GaN层、P型掺杂AlGaN层、量子阱层、N型掺杂GaN层、非故意掺杂GaN层、GaN缓冲层和宝石衬底；

所述发光单元的正电极区域依次包括介质DBR、正电极、透明电流扩展层、P型掺杂GaN层、P型掺杂AlGaN层、量子阱层、N型掺杂GaN层、非故意掺杂GaN层、GaN缓冲层和蓝宝石衬底；

所述发光单元的负电极区域依次包括介质DBR、负电极、N型掺杂GaN层、非故意掺杂GaN层、GaN缓冲层、以及蓝宝石衬底。