本發(fā)明涉及可見光通信用led芯片領域，具體涉及微米尺寸倒裝led芯片及其制備方法。

背景技術：

在可見光通信領域，led芯片的調(diào)制帶寬是影響信息傳輸速率的重要因素。芯片的調(diào)制帶寬主要由載流子復合壽命和rc常數(shù)決定，其中r和c分別是芯片的等效電阻和等效電容。采用微米尺寸led芯片，一方面可降低等效電容、減小rc常數(shù)，另一方面可提高電流密度、降低少數(shù)載流子的復合壽命，從而提升芯片的調(diào)制帶寬。然而，與普通大尺寸芯片相比，微米尺寸芯片的正/負電極面積與有源區(qū)發(fā)光面積的比值較高，電極遮擋導致發(fā)光效率下降的問題較為嚴重。為了降低電極遮擋的影響，需采用倒裝led芯片。

金屬ag是倒裝芯片中常用的反射鏡材料。一般地，在刻蝕平臺結(jié)構(gòu)暴露n-gan層后，采用電子束蒸發(fā)在p-gan層表面沉積金屬ag反射鏡。由于ag在高溫下容易發(fā)生擴散，金屬ag反射鏡的邊界與平臺邊界必須有足夠的距離。而且，一般地，還需在金屬ag的表面和側(cè)壁制備防護層。受普通紫外光刻工藝對準誤差的影響，防護層與平臺邊界還需一定的距離。因此，金屬ag邊界與gan平臺邊界的距離較大。對于普通大尺寸led芯片，這個防護距離占芯片尺寸的比例較小，幾乎可以忽略。但對于微米尺寸led芯片，這個防護距離占芯片尺寸的比例較大，可能僅有70%左右的光被反射從襯底出射，而另外30%的光從沒有金屬ag反射鏡的區(qū)域從p-gan層出射。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對gan基微米尺寸led芯片，公開一種倒裝led芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法，提高反射鏡的反射率，同時避免反射電極層中的金屬擴散導致的漏電現(xiàn)象，并且在光刻工藝中具有較大的對準容差。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明至少采用下列技術方案之一。

一種微米尺寸倒裝led芯片，制備該led芯片的gan外延層是臺型結(jié)構(gòu)，臺型結(jié)構(gòu)的臺基和臺面都呈圓臺型，臺基上分布有n-電極圓環(huán)，臺面頂部的邊緣分布有電流擴展圓環(huán)，電流擴展圓環(huán)頂部的邊緣和臺型結(jié)構(gòu)的側(cè)壁設有鈍化層，臺面頂部和鈍化層側(cè)壁覆蓋p-反射電極層。

進一步優(yōu)化地，所述led芯片是倒裝結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括襯底、緩沖層、非故意摻雜gan層、n-gan層、量子阱層、p-gan層、芯片邊緣的電流擴展圓環(huán)，n-gan層包括臺基和臺面，臺基的上表面邊緣設有n-電極層即所述n-電極圓環(huán)；芯片邊緣的電流擴展圓環(huán)設在p-gan層頂部的邊緣，緩沖層、非故意摻雜gan層、n-gan層、量子阱層、p-gan層、芯片邊緣的電流擴展圓環(huán)、n-電極層一起疊成后的側(cè)壁設有鈍化層，芯片邊緣的電流擴展圓環(huán)、n-電極層的上表面也設有鈍化層，p-gan層頂部除芯片邊緣的電流擴展圓環(huán)外的部位被p-反射電極層覆蓋，鈍化層的外側(cè)壁也被p-反射電極層覆蓋。

進一步優(yōu)化地，所述臺面頂部的直徑是微米數(shù)量級，數(shù)值為10μm~100μm；所述圓臺側(cè)壁與底邊的夾角的范圍是20^o-50^o，優(yōu)選值是gan/空氣界面的布儒斯特角。

進一步優(yōu)化地，所述的gan基微米尺寸倒裝led芯片，其特征是所述電流擴展圓環(huán)的外邊界與臺面頂部的邊界的距離小于5μm，所述電流擴展層在藍光和綠光波段具有高透過率（能透過，且透過率越高越好），與gan形成低歐姆接觸電阻，且在300℃的溫度下不會發(fā)生離子擴散。

進一步優(yōu)化地，所述的gan基微米尺寸倒裝led芯片，其特征是所述鈍化層由介質(zhì)絕緣層和分布布拉格反射鏡層組成，所述分布布拉格反射鏡的周期數(shù)不小于1，周期結(jié)構(gòu)的低折射率材料/高折射率材料是sio2/sinx。

進一步優(yōu)化地，所述的gan基微米尺寸倒裝led芯片，其特征是所述p-反射電極層的結(jié)構(gòu)形式是粘附層/反射層/阻擋層/保護層，所述粘附層是ni、cr、ti中的一種，所述反射層是ag、al中的一種，所述阻擋層是ni、cr、ti中的一種，所述保護層是au、tin中的一種。

本發(fā)明還提供所述的gan基微米尺寸倒裝led芯片的制備方法，包括如下步驟：

（1）在led的gan外延層上沉積電流擴展層，并高溫退火進行合金，再通過普通紫外光刻技術形成光刻膠掩模層，然后進行濕法腐蝕，并適當?shù)膫?cè)向腐蝕使得電流擴展層的橫向尺寸小于光刻膠掩模層的橫向尺寸。

（2）以步驟（1）制備的光刻膠掩模層作為刻蝕臺型結(jié)構(gòu)的掩模層，通過干法刻蝕制備臺面結(jié)構(gòu)，暴露n-gan層，然后去除光刻膠。

（3）在步驟（2）所述的臺面結(jié)構(gòu)上形成掩模層，掩模層的橫向尺寸大于臺面的橫向尺寸，再進行干法刻蝕制備臺基結(jié)構(gòu)，暴露襯底，然后去除掩模層。

（4）通過普通紫外光刻技術和金屬剝離技術在步驟（3）所述的臺基上制備n-電極圓環(huán)。

（5）通過介質(zhì)薄膜沉積技術在步驟（2）所述的臺面結(jié)構(gòu)和步驟（3）所述的臺基結(jié)構(gòu)的頂部和側(cè)壁沉積鈍化層；再通過普通紫外光刻技術形成光刻膠掩模層，掩模層在臺面結(jié)構(gòu)的頂部有一個圓形開口；然后對鈍化層進行濕法腐蝕，并適當?shù)膫?cè)向腐蝕，使得鈍化層在臺面結(jié)構(gòu)頂部的圓形開口的橫向尺寸大于掩模層圓形開口的橫向尺寸。

（6）以步驟（5）制備的光刻膠掩模層作為掩模層，通過干法刻蝕電流擴展層，使得電流擴展層在臺面結(jié)構(gòu)的頂部有一個圓形開口，暴露電流擴展層下面的p-gan層，然后去除光刻膠。

（7）通過普通紫外光刻技術和金屬剝離技術在步驟（2）所述的臺面結(jié)構(gòu)的頂部和步驟（7-5）所述的鈍化層的側(cè)壁制備p-反射電極層。

進一步優(yōu)化地，所述的gan基微米尺寸倒裝led芯片的制備方法，其特征是所述步驟（3）的掩模層是光刻膠、介質(zhì)層、介質(zhì)層/光刻膠復合掩模層中的一種；所述介質(zhì)層是sio2和sin中的一種，制備方法是化學氣相沉積、電子束蒸發(fā)和磁控濺射中的一種；所述介質(zhì)層/光刻膠復合掩模層的制備方法是，先沉積介質(zhì)層再旋涂光刻膠，然后通過普通紫外光刻形成光刻膠掩模層，再對介質(zhì)層進行濕法腐蝕，并適當?shù)膫?cè)向腐蝕使得介質(zhì)層的橫向尺寸小于光刻膠掩模層的橫向尺寸。

進一步優(yōu)化地，所述的gan基微米尺寸倒裝led芯片的制備方法，其特征是所述步驟（5）的鈍化層由兩步工藝制備，先采用化學氣相沉積介質(zhì)絕緣層，再采用光學鍍膜機沉積分布布拉格反射鏡層。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明制備的微米尺寸倒裝led芯片，外延層是臺型結(jié)構(gòu)，臺型結(jié)構(gòu)的臺基和臺面都呈圓臺型，臺面頂部和臺型結(jié)構(gòu)的側(cè)壁覆蓋鈍化層和p-反射電極層。鈍化層和p-反射電極層構(gòu)成的全方位反射鏡的覆蓋范圍廣、反射率高。

2、本發(fā)明制備的微米尺寸倒裝led芯片，臺面頂部的邊緣是在后續(xù)工藝中不容易發(fā)生離子擴散的材料，且可形成高透過率低歐姆接觸電阻的電流擴展圓環(huán)，而p-反射電極層與臺面邊界距離較遠。因此，本發(fā)明既可以實現(xiàn)較好地電流擴展，又能避免反射電極層中的金屬擴散導致的漏電現(xiàn)象。

3、本發(fā)明制備電流擴展層和刻蝕臺面結(jié)構(gòu)時共用光刻膠掩模層，鈍化層和電流擴展層在臺面結(jié)構(gòu)頂部的圓形開口也共用光刻膠掩模層，不僅減少了工藝時間，而且避免了兩步光刻工藝導致的套準誤差；此外，由于p-反射電極層通過鈍化層和電流擴展層在臺面結(jié)構(gòu)頂部的圓形開口與p-gan層形成歐姆接觸，p-反射電極層光刻工藝的對準容差由圓形開口與臺面結(jié)構(gòu)的套準誤差決定。因此，本發(fā)明的對準容差大，適用于微米尺寸芯片的光刻工藝。

附圖說明

圖1是實例中一種微米尺寸倒裝led芯片結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。

圖2a~圖2g是實例中一種微米尺寸倒裝led芯片的制備過程示意圖。

圖中，1、襯底，2、緩沖層，3、非故意摻雜gan層，4、n-gan層，5、量子阱層，6、p-gan層，7、芯片邊緣的電流擴展圓環(huán)，71、電流擴展層，8、n-電極層，9、鈍化層，10、p-反射電極層，101、光刻膠圓盤型掩模，102光刻膠掩模層。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施作進一步說明，但本發(fā)明的實施和保護范圍不限于此。

對于一種微米尺寸倒裝led芯片結(jié)構(gòu)，如圖1所示，襯底1是藍寶石材料，gan外延層由緩沖層2、非故意摻雜gan層3、n-gan層4、量子阱層5、p-gan層6組成。外延層是圓臺型結(jié)構(gòu)，在臺面頂部邊緣制備有ito電流擴展圓環(huán)7，在臺基n-gan層上制備n-電極層8。在ito電流擴展圓環(huán)7和臺型結(jié)構(gòu)的側(cè)壁制備有鈍化層9，而鈍化層9是sio2絕緣層和sio2/si3n4分布布拉格反射鏡復合結(jié)構(gòu)。在臺面頂部和鈍化層9的側(cè)壁制備有p-反射電極層10。

圖2a~圖2g是實例中一種微米尺寸倒裝led芯片的制備過程示意圖。其中：圖2a是制備電流擴展層71后的橫截面示意圖；圖2b是刻蝕臺型結(jié)構(gòu)臺面后的橫截面示意圖；圖2c是刻蝕臺型結(jié)構(gòu)臺基后的橫截面示意圖；圖2d是制備n-電極層后的橫截面示意圖；圖2e是沉積鈍化層后的橫截面示意圖；圖2f是制備電流擴展圓環(huán)后的橫截面示意圖；圖2g是制備p-反射電極層后的橫截面示意圖。

本實例的制備方法如下。

首先采用電子束蒸發(fā)在led的gan外延層p-gan層6上沉積ito電流擴展層，厚度為120nm，并在550℃氧氣環(huán)境快速退火90sec進行合金；接著在ito層上采用光刻工藝形成光刻膠圓盤型掩模101，直徑為30μm；然后采用ito腐蝕液在35℃下濕法腐蝕5min，形成ito圓盤71，直徑為20μm；芯片橫截面如圖2a所示。

在105℃熱板上烘烤5min后，通過感應耦合等離子體（icp）干法刻蝕7min制備臺面結(jié)構(gòu)，形成gan圓臺，圓臺上底直徑25μm；然后采用丙酮超聲去除光刻膠；芯片橫截面如圖2b所示。

再采用光刻工藝在臺面結(jié)構(gòu)上形成光刻膠圓盤型掩模，直徑55μm；接著使用icp干法刻蝕35min直至藍寶石襯底，形成外延層的臺基，臺基下底直徑45μm；然后采用丙酮超聲去除光刻膠；芯片橫截面如圖2c所示。

隨后采用負性光刻膠和普通紫外光刻技術，形成n-電極圓環(huán)的圖案；利用電子束蒸發(fā)沉積cr/al/ti/au電極，厚度為1200nm；然后放入丙酮浸泡20min，并采用藍膜撕金，形成n-電極圓環(huán)8；芯片橫截面如圖2d所示。

之后，采用等離子增強化學氣相沉積在300℃沉積sio2薄膜作為介質(zhì)絕緣層，再采用光學鍍膜機沉積sio2/si3n4分布布拉格反射鏡，構(gòu)成鈍化層9；通過光刻工藝形成光刻膠掩模層102，掩模層在臺面結(jié)構(gòu)的頂部有一個圓形開口，開口直徑為10μm；然后將采用hf酸對鈍化層sio2和sio2/si3n4進行濕法腐蝕，使得鈍化層在臺面結(jié)構(gòu)頂部的圓形開口的橫向尺寸為15μm；芯片橫截面如圖2e所示。

在105℃熱板上烘烤5min后，通過感應耦合等離子體（icp）干法刻蝕1min，使得ito電流擴展層在臺面結(jié)構(gòu)的頂部有一個圓形開口，開口直徑為10μm，開口處暴露出p-gan層6；然后采用丙酮超聲去除光刻膠；芯片橫截面如圖2f所示。

最后采用負性光刻膠和普通紫外光刻技術，形成p-反射電極的圖案；利用電子束蒸發(fā)沉積cr/al/ti/au電極，厚度為1200nm；然后放入丙酮浸泡20min，并采用藍膜撕金，形成p-反射電極層10；芯片橫截面如圖2g所示。

如上即可較好完成所述微米尺寸倒裝led芯片的制備。