用于倒装LED芯片的外延片结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种用于倒装LED芯片的外延片结构及其制作方法，所述用于倒装LED芯片的外延片结构包括依次形成的支撑衬底、晶格匹配层、具有周期性排列的柱状结构的连通介质层、N型半导体层、有源层以及P型半导体层，所述具有周期性排列的柱状结构的连通介质层暴露出部分所述晶格匹配层，所述N型半导体层覆盖所述具有周期性排列的柱状结构的连通介质层以及所述晶格匹配层。本发明专利技术有利于提高倒装LED芯片的内量子效率和外量子效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体光电芯片制造领域，特别涉及一种用于倒装LED芯片的外延片结构及其制作方法。
技术介绍
GaN基LED自从20世纪90年代初商业化以来，经过二十几年的发展，其结构已趋于成熟和完善，已能够满足人们现阶段对灯具装饰的需求；但要完全取代传统光源进入照明领域，尤其是高端照明领域，发光亮度的提高却是LED行业科研工作者永无止境的追求。近年来，在提高LED发光亮度方面最活跃的技术无疑是图形化衬底技术，图形化衬底技术不仅通过减少晶格缺陷(或晶格适配)而提高了 LED外延的晶体质量，从而大大提高了其内量子效率；而且通过增加界面(外延层与衬底的界面)处的散射或漫反射作用而提高了LED芯片光萃取效率(或者说提高了 LED芯片的外量子效率)。自从2010年以来，无论是锥状结构的干法图形化衬底技术还是金字塔形状的湿法图形化衬底技术都得到了飞速的发展，其工艺已经非常成熟，并于2012年完全取代了平衬底，成为LED芯片的主流衬底，使LED的晶体结构和发光亮度都得到了革命性的提高；已经能够部分取代传统光源进入相关领域，例如显示领域、低端照明领域等。为了应对LED高发光亮度的挑战，进入高端照明领域，LED行业的科研工作者提出了高压LED芯片、垂直LED芯片和倒装LED芯片等结构。高压LED芯片结构一般是在外延层形成后，通过光刻刻蚀工艺形成隔离槽，再在隔离槽内填充绝缘材料，最后在各绝缘分离的外延层上制作电极并形成串联结构；虽然这种结构可以提高LED的发光亮度，但形成隔离槽、填充绝缘材料的工艺过程却大大增加了芯片的制造成本，不仅如此，在一定程度上还降低了 LED芯片的可靠性，例如由于现有刻蚀均匀性达不到要求而导致的深槽刻蚀不干净，会最终导致漏电，降低LED芯片的抗击穿能力等。垂直LED芯片结构虽然不需要刻蚀N区材料，在一定程度上降低了 LED的一部分生产成本，且适于大电流的注入，可以进一步提高LED芯片的发光亮度，但是，和高压芯片一样，垂直结构的LED也需要形成隔离槽，这又大大提高了 LED的生产成本，不仅如此，垂直结构的芯片还需要剥离掉生长衬底，这又再一次提高了 LED芯片的生产成本，降低了 LED芯片的良率和可靠性。倒装LED芯片结构是将正装芯片倒装焊接于一导电导热性能良好的基板上，使得发热比较集中的发光外延层更接近于散热热尘，使大部分热量通过基板导出，而不是从散热不良的蓝宝石生长衬底导出，这在一定程度上缓解了 LED芯片的散热问题，提高了 LED芯片的可靠性；并且，在LED芯片面积确定的情况下，与其它结构的LED芯片相比，倒装结构的LED芯片的发光面积更大，所以在面对高端照明领域高发光亮度需求的挑战时更具优势；然而倒装LED芯片结构是在N面出光的，由于蓝宝石的折射率低于氮化镓的折射率，所以外延层射出来的光会在蓝宝石和衬底界面上发生反射，导致较多的光不能发射出来，尤其是目前应用于LED芯片结构中主流的图形化衬底又具有散射和漫反射作用，更容易导致较多的光不能发射出来，减少了出光效率；但是如果不采用图形化衬底技术，LED芯片的内量子效率就不能充分发挥。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题提供一种用于倒装LED芯片的外延片结构及其制作方法，既能提高倒装LED芯片的晶体质量(即内量子效率)，又能减少从外延层射向衬底的光的反射，增加其透射，提高倒装LED芯片的出光效率(即外量子效率)。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于倒装LED芯片的外延片结构，包括依次形成的支撑衬底、晶格匹配层、具有周期性排列的柱状结构的连通介质层、N型半导体层、有源层以及P型半导体层，所述具有周期性排列的柱状结构的连通介质层暴露出部分所述晶格匹配层，所述N型半导体层覆盖所述具有周期性排列的柱状结构的连通介质层以及所述晶格匹配层，所述晶格匹配层的晶体结构与所述N型半导体层的晶体结构相同。进一步的，所述的用于倒装LED芯片的外延片结构中，所述N型半导体层为掺硅的氮化镓薄膜，所述晶格匹配层为氮化镓薄膜或者氮化铝薄膜。所述支撑衬底为表面平坦的蓝宝石衬底。所述具有周期性排列的柱状结构的连通介质层为二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅薄膜。进一步的，所述的用于倒装LED芯片的外延片结构中，所述柱状结构是柱状空洞，通过所述柱状空洞暴露部分所述晶格匹配层。进一步的，所述的用于倒装LED芯片的外延片结构中，所述柱状结构为圆柱形空洞、椭圆柱形空洞或多棱柱状空洞。更进一步的，所述柱状结构为六棱柱状空洞。进一步的，所述的用于倒装LED芯片的外延片结构中，所述的用于倒装LED芯片的外延片结构中，所述柱状结构是柱状凸起，通过所述柱状凸起之间的空隙暴露部分所述晶格匹配层。进一步的，所述的用于倒装LED芯片的外延片结构中，所述柱状结构为圆柱形凸起、椭圆柱形凸起或多棱柱状凸起。更进一步的，所述柱状结构为六棱柱状凸起。本专利技术还提供一种用于倒装LED芯片的外延片结构制作方法，包括:提供一支撑衬底；在所述支撑衬底上形成晶格匹配层；在所述晶格匹配层上形成具有周期性排列的柱状结构的连通介质层，所述具有周期性排列的柱状结构的连通介质层暴露部分所述晶格匹配层；依次形成N型半导体层、有源层以及P型半导体层，所述N型半导体层覆盖所述具有周期性排列的柱状结构的连通介质层以及晶格匹配层，所述晶格匹配层的晶体结构与所述N型半导体层的晶体结构相同。进一步的，所述的用于倒装LED芯片的外延片结构制作方法中，所述N型半导体层为掺硅的氮化镓薄膜，所述晶格匹配层为氮化镓薄膜或者氮化铝薄膜。所述支撑衬底为表面平坦的蓝宝石衬底。所述具有周期性排列的柱状结构的连通介质层为二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅薄膜。进一步的，所述的用于倒装LED芯片的外延片结构制作方法中，所述柱状结构是柱状空洞，通过所述柱状空洞暴露部分所述晶格匹配层。进一步的，所述的用于倒装LED芯片的外延片结构制作方法中，所述柱状结构为圆柱形空洞、椭圆柱形空洞或多棱柱状空洞。更进一步的，所述柱状结构为六棱柱状空洞。进一步的，所述的用于倒装LED芯片的外延片结构制作方法中，所述柱状结构是柱状凸起，通过所述柱状凸起之间的空隙暴露部分所述晶格匹配层。进一步的，所述的用于倒装LED芯片的外延片结构制作方法中，所述柱状结构为圆柱形凸起、椭圆柱形凸起或多棱柱状凸起。更进一步的，所述柱状结构为六棱柱状凸起。在本专利技术提供的用于倒装LED芯片的外延片结构中，位于晶格匹配层上的连通介质层具有周期性排列的柱状结构，由于连通介质层并非是平坦表面，有利于提高形成于连通介质层上的外延层的晶体质量，进而提高倒装LED芯片的内量子效率；并且，所述柱状结构的侧面垂直于支撑衬底的表面，不会发生光散射或漫反射，能够减少从外延层射向支撑衬底的光的反射，增加其透射，提高倒装LED芯片的出光效率，即提高倒装LED芯片的外量子效率；此外，所述晶格匹配层的晶体结构与所述N型半导体层的晶体结构相同，例如所述晶格匹配层选为氮化镓薄膜或者氮化铝薄膜，采用上述与N型半导体层的晶体结构相同的材料可以获得较佳的晶格匹配效果，减少位错缺陷，进一步提高倒装LED芯片的内量子效率。【附图说明】图1是本专利技术实施例一的用于倒装LED芯片的外延片结构的剖面图；图2是本专利技术实施例一的连通介质层的俯视图；图3是本专利技术实施例二的用于倒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于倒装LED芯片的外延片结构，其特征在于，包括依次形成的支撑衬底、晶格匹配层、具有周期性排列的柱状结构的连通介质层、N型半导体层、有源层以及P型半导体层，所述具有周期性排列的柱状结构的连通介质层暴露出部分所述晶格匹配层，所述N型半导体层覆盖所述具有周期性排列的柱状结构的连通介质层以及所述晶格匹配层，所述晶格匹配层的晶体结构与所述N型半导体层的晶体结构相同。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张昊翔，丁海生，李东昇，赵进超，黄捷，陈善麟，江忠永，
申请(专利权)人：杭州士兰明芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33