可见光通信用倒装RCLED及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可见光通信用倒装RCLED，所述倒装RCLED包括LED芯片和倒装基板，LED芯片包括：芯片衬底、缓冲层、构成谐振腔的氮化物DBR层和氧化物DBR层、n型半导体层、有源区、p型半导体层、透明导电层和p、n电极；所述倒装基板由下至上依次包括支撑衬底、绝缘层以及互相绝缘隔离的P、N电极焊盘；所述LED芯片通过金属焊球或共晶焊分别与所述倒装基板的P、N电极焊盘电连接。本发明专利技术有利于获得高品质因子的短腔长倒装RCLED，从而协同改善LED的频率响应和量子效率，满足光通信用高光效、高带宽的光源需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于照明光源领域，具体涉及一种倒装RCLED及其制备方法，特别涉及一种高光效、高带宽的可见光通信用倒装RCLED及其制备方法。
技术介绍
白光LED节能环保、寿命可靠，通过加载人眼无法感测的高速调制信号传送数据，可以在兼顾照明的同时实现可见光无线通信的功能。不过，LED的频率响应也直接决定了可见光通信系统的调制带宽和传输速度。RCLED(ResonantCavityLight-EmittingDiode，共振腔发光二极管)是有源区在谐振腔中的发光二极管，借助微腔效应改变真空电磁场的模式结构，可使共振波长的光模式密度增大，从而增加有源区的自发辐射速率，降低载流子的复合寿命，提高调制带宽。同时，利用F-P腔干涉效应改变出射角的功率分布，可使出射光大部分集中于提取角内，从而增加光出射，提高外量子效率。RCLED光谱纯度较高、热稳定性较好，是协同改善LED频率响应和量子效率方面极具潜力的光源解决方案。不过，面向光通信的GaN基RCLED研究依然存在诸多难点。对于传统正装RCLED，以氧化物DBR作上、下反射镜时，其局限在于衬底不能彻底减薄，腔长难以缩短到少数波长量级，因此，微腔效应相对较弱。目前的解决方案主要有两个：一是激光剥离蓝宝石，然后在剥离GaN面沉积高反的氧化物DBR或金属反射镜再与其它衬底热压键合或电镀；另一个是LED外延结构中直接在蓝宝石侧引入以AlN/GaN系为代表的高反率氮化物DBR。前者由于引入了激光剥离和热压键合、电镀等工艺，势必会增加器件成本，而后者因AlN/GaN的晶格失配和热膨胀系数差异，实际过程中制备反射率在90％以上的高质量AlN/GaN系DBR困难较大，需要引入超晶格插入层并要求材料生长过程的高精细控制。倒装RCLED可在一定程度上避免正装RCLED的不足。由于采用衬底出光，倒装结构可在衬底一侧生长较少对数的氮化物DBR作反射镜，能有效降低氮化物DBR的材料生长难度。此外，倒装RCLED的氮化物DBR紧邻n型半导体层，可以大幅靠近有源区，但传统倒装结构一般以含有银金属的P电极作下反射镜，面临着退火后易发生银层团聚而导致的可靠性低和反射率不高的问题。本专利技术以制备容易、成本低廉、工艺成熟的高反氧化物DBR层代替P电极金属作下反射镜，并通过透明导电层实现电流扩展，既兼顾了传统正装RCLED的大部成熟工艺，也继承了倒装RCLED的技术优势，有利于获得高品质因子的短腔长倒装RCLED，从而满足光通信用高光效、高带宽的光源需求。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种可见光通信用倒装RCLED及其制备方法，以达到获得高品质因子的短腔长倒装RCLED的目的。根据本专利技术的一方面，提出一种可见光通信用倒装RCLED，所述可见光通信用倒装RCLED包括LED芯片和倒装基板，其中：所述LED芯片包括：芯片衬底、缓冲层、构成谐振腔的氮化物DBR层和氧化物DBR层、n型半导体层、有源区、p型半导体层、透明导电层和p、n电极；所述氮化物DBR层和氧化物DBR层分别作为所述可见光通信用倒装RCLED的上、下反射镜，下反射镜制作在所述透明导电层上且其反射率高于上反射镜；所述p电极完全覆盖所述氧化物DBR层并与所述透明导电层互联，所述n电极制作在所述n型半导体层上；所述倒装基板由下至上依次包括支撑衬底、绝缘层以及互相绝缘隔离的P、N电极焊盘；所述LED芯片通过金属焊球或共晶焊分别与所述倒装基板的P、N电极焊盘电连接。可选地，所述芯片衬底为蓝宝石或碳化硅；所述支撑衬底为硅、陶瓷、线路板或金属板，所述绝缘层为二氧化硅、氮化硅或氧化铝。可选地，所述n型半导体层的一侧朝向芯片衬底的方向上形成有台面，所述台面的深度小于所述n型半导体层的厚度。可选地，所述有源区为蓝光、绿光或深紫外波段多量子阱结构；所述透明导电层为ITO、石墨烯或ZnO薄膜。可选地，所述氧化物DBR层的制备材料为多周期氧化物DBR材料组，且在有源区波段附近反射率不低于90％；所述氮化物DBR层的制备材料为多周期氮化物DBR材料组，且在有源区波段附近的反射率低于氧化物DBR层。可选地，所述上、下反射镜之间的谐振腔长为器件内部有效半波长的整数倍。根据本专利技术的另一方面，还提供一种可见光通信用倒装RCLED的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：在芯片衬底上依次生长缓冲层、氮化物DBR层、n型半导体层、有源区和p型半导体层；步骤2：在所述p型半导体层上沉积透明导电层，光刻腐蚀制作出台面图形；步骤3：通过ICP向下刻蚀无光刻胶保护区域形成台面，刻蚀深度到达所述n型半导体层；步骤4：在所述透明导电层的部分表面上沉积氧化物DBR层作为下反射镜，并通过光刻图形预留金属互联区域，同时该DBR层也形成于有源区、p型半导体层与透明导电层靠近台面的侧壁和台面的部分表面上；步骤5：在所述氧化物DBR层的表面以及所述透明导电层的剩余表面上沉积p电极，在所述台面的剩余表面上沉积n电极，p、n电极分别与透明导电层和台面互联，完成LED芯片的制备；步骤6：在支撑衬底上沉积绝缘层；步骤7：在所述绝缘层上制作P、N电极焊盘，形成倒装基板；步骤8：将所述LED芯片通过倒装焊、共晶焊或键合的方法倒装在所述倒装基板上，所述LED芯片的p、n电极分别与所述倒装基板的P、N电极焊盘连接。可选地，所述芯片衬底为蓝宝石或碳化硅；所述支撑衬底为硅、陶瓷、线路板或金属板，所述绝缘层为二氧化硅、氮化硅或氧化铝。可选地，所述氧化物DBR层的制备材料为多周期氧化物DBR材料组，且在有源区波段附近反射率不低于90％；所述氮化物DBR层的制备材料为多周期氮化物DBR材料组，且在有源区波段附近的反射率低于氧化物DBR层。可选地，所述有源区为蓝光、绿光或深紫外波段多量子阱结构；所述透明导电层为ITO、石墨烯或ZnO薄膜。本专利技术避免了传统含银P电极退火后因银层团聚而导致的可靠性低和反射率不高的问题，同时以紧邻n型半导体层的氮化物DBR作上反射镜，可以大幅靠近有源区并有效降低外延高反射率氮化物DBR的难度，有利于获得高品质因子的短腔长倒装RCLED，从而协同改善LED的频率响应和量子效率，满足光通信用高光效、高带宽的光源需求。附图说明图1为根据本专利技术一实施例的可见光通信用倒装RCLED的纵剖面结构示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可见光通信用倒装RCLED，其特征在于，所述可见光通信用倒装RCLED包括LED芯片和倒装基板，其中：所述LED芯片包括：芯片衬底、缓冲层、构成谐振腔的氮化物DBR层和氧化物DBR层、n型半导体层、有源区、p型半导体层、透明导电层和p、n电极；所述氮化物DBR层和氧化物DBR层分别作为所述可见光通信用倒装RCLED的上、下反射镜，下反射镜制作在所述透明导电层上且其反射率高于上反射镜；所述p电极完全覆盖所述氧化物DBR层并与所述透明导电层互联，所述n电极制作在所述n型半导体层上；所述倒装基板由下至上依次包括支撑衬底、绝缘层以及互相绝缘隔离的P、N电极焊盘；所述LED芯片通过金属焊球或共晶焊分别与所述倒装基板的P、N电极焊盘电连接。

【技术特征摘要】
1.一种可见光通信用倒装RCLED，其特征在于，所述可见光通信用
倒装RCLED包括LED芯片和倒装基板，其中：
所述LED芯片包括：芯片衬底、缓冲层、构成谐振腔的氮化物DBR
层和氧化物DBR层、n型半导体层、有源区、p型半导体层、透明导电层
和p、n电极；
所述氮化物DBR层和氧化物DBR层分别作为所述可见光通信用倒装
RCLED的上、下反射镜，下反射镜制作在所述透明导电层上且其反射率
高于上反射镜；
所述p电极完全覆盖所述氧化物DBR层并与所述透明导电层互联，
所述n电极制作在所述n型半导体层上；
所述倒装基板由下至上依次包括支撑衬底、绝缘层以及互相绝缘隔离
的P、N电极焊盘；
所述LED芯片通过金属焊球或共晶焊分别与所述倒装基板的P、N电
极焊盘电连接。
2.根据权利要求1所述的可见光通信用倒装RCLED，其特征在于，
所述芯片衬底为蓝宝石或碳化硅；所述支撑衬底为硅、陶瓷、线路板或金
属板，所述绝缘层为二氧化硅、氮化硅或氧化铝。
3.根据权利要求1所述的可见光通信用倒装RCLED，其特征在于，
所述n型半导体层的一侧朝向芯片衬底的方向上形成有台面，所述台面的
深度小于所述n型半导体层的厚度。
4.根据权利要求1所述的可见光通信用倒装RCLED，其特征在于，
所述有源区为蓝光、绿光或深紫外波段多量子阱结构；所述透明导电层为
ITO、石墨烯或ZnO薄膜。
5.根据权利要求1所述的可见光通信用倒装RCLED，其特征在于，
所述氧化物DBR层的制备材料为多周期氧化物DBR材料组，且在有源区
波段附近反射率不低于90％；所述氮化物DBR层的制备材料为多周期氮
化物DBR材料组，且在有源区波段附近的反射率低于氧化物DBR层。
6.根据权利要求1所述的可见光通信用倒装RCLED，其特征在于，

\t所述上、下反...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，赵丽霞，朱石超，刘磊，于治国，王军喜，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11