基于平面衬底的倒装RCLED芯片及其制备方法技术

一种基于平面衬底的倒装RCLED芯片及其制备方法，该制备方法包括：在衬底上制备设置有凸台与n‑GaN层的外延结构，并制备透明导电层。在凸台一侧的n‑GaN层上制备第一N电极层以及在透明导电层上制备第一P电极层；制备第一反射镜；刻蚀所述第一反射镜，制备第二N电极层以及第二P电极层，并制备N电极互联区与P电极互联区，形成N电极与P电极；在衬底底部制备第二反射镜，形成所述基于平面衬底的倒装RCLED芯片。第一反射镜与第二反射镜均包括分布式布拉格反射镜，并形成法布里‑珀罗谐振腔，进而实现LED器件光谱变窄和光汇聚。本发明专利技术使用蓝宝石等价格低廉的材料作为衬底，提供了一种不需要进行剥离、转移等复杂工艺的制备方法，提高生产效率，降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
基于平面衬底的倒装RCLED芯片及其制备方法
本申请涉及照明
，尤其涉及一种基于平面衬底的倒装RCLED芯片及其制备方法。
技术介绍
谐振腔发光二极管(Resonant-CavityLight-EmittingDiodes，RCLED)，它的谐振腔的光学厚度一般为1个或者半个LED辐射的中心波长。RCLED是一种利用谐振腔作用使得自发发射得到增强的器件。与传统的LED相比，RCLED有着高亮度、高效率、半高宽较窄和方向性更好的优点；与垂直腔面发射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，VCSEL)相比，制备工艺较为简单、成本更低、稳定性更好及无阈值电流限制等。由于GaN的六方结构，现有技术中通常选择蓝宝石作为RCLED芯片的外延衬底，然而由于蓝宝石导电性较差，且在衬底上直接生长的外延层没有连续的N型层，导致N电极无法直接引出。而激光剥离等技术虽然可以将外延层从衬底剥离，但剥离技术工艺繁杂，且剥离后的外延层需要转移，极易造成器件损坏。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种基于平面衬底的倒装RCLED芯片及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。为实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种基于平面衬底的倒装RCLED芯片的制备方法，包括：S1：在衬底上制备包括n-GaN层的外延结构以及透明导电层；所述外延结构包括设置在n-GaN层上的凸台，所述透明导电层设置在所述凸台上；S2：在所述凸台一侧的n-GaN层上制备第一N电极层以及在透明导电层上制备第一P电极层；所述第一N电极层覆盖部分所述n-GaN层；S3：在所述n-GaN层、所述透明导电层、所述第一N电极层以及第一P电极层上制备第一反射镜；所述第一反射镜覆盖所述第一N电极层、所述第一P电极层、所述透明导电层、所述n-GaN层以及所述外延结构的凸台的侧壁；S4：刻蚀所述第一反射镜，形成暴露第一N电极层的第一通孔以及暴露第一P电极层的第二通孔；S5：在所述第一反射镜上制备第二N电极层以及第二P电极层，并在所述第一通孔内形成N电极互联区，在所述第二通孔内形成P电极互联区；所述第二N电极层通过所述N电极互联区与所述第一N电极层电连接，形成N电极；所述第二P电极层通过所述P电极互联区与所述第一P电极层电连接，形成P电极；S6：将步骤S5中的衬底倒装，对所述衬底的底部进行减薄；S7：在步骤S6中得到的所述衬底底部制备第二反射镜，形成所述基于平面衬底的倒装RCLED芯片。作为本专利技术的又一方面，还提供了基于平面衬底的倒装RCLED芯片，包括：衬底；外延结构，设置在衬底上；包括n-GaN层；以及设置在n-GaN层上的凸台；透明导电层，设置在所述凸台上；N电极，包括：第一N电极层、N电极互联区以及第二N电极层；所述第一N电极层设置在所述凸台一侧的n-GaN层上；P电极，包括：第一P电极层、P电极互联区以及第二P电极层；所述第一P电极层设置在所述透明导电层上；第一反射镜，覆盖所述第一N电极层、第一P电极层、透明导电层(3)、所述n-GaN层以及所述外延结构的凸台的侧壁；所述第一反射镜设置有暴露第一N电极层的第一通孔以及暴露第一P电极层的第二通孔，所述N电极互联区设置于第一通孔内，所述P电极互联区设置于第二通孔内；所述第二N电极层设置在第一反射镜上，并通过N电极互联区与所述第一N电极层电连接；所述第二P电极层设置在第一反射镜上，并通过P电极互联区与所述第一P电极层电连接；以及第二反射镜，设置于所述衬底底部，适用于与所述第一反射镜形成法布里-珀罗谐振腔。基于以上技术方案，本专利技术的基于平面衬底的倒装RCLED芯片及其制备方法至少具有如下有益效果之一：1、本专利技术的基于平面衬底的倒装RCLED芯片在衬底上直接制备RCLED芯片，使用蓝宝石等价格低廉的材料作为衬底，提供了一种不需要进行衬底剥离、发光层转移、二次键和等复杂工艺的简单的制备方法，该制备方法将大幅提高生产效率，降低生产成本；2、本专利技术的基于平面衬底的倒装RCLED芯片中采用蓝宝石或石英作为衬底的材料，该衬底能够同时满足不吸收量子阱发出的光，并能在保障上在衬底上高质量的外延出由氮化物材料制备成的外延结构；3、本专利技术的基于平面衬底的倒装RCLED芯片中第一反射镜和第二反射镜均为分布式布拉格反射镜，由第一反射镜和第二反射镜形成法布里-珀罗谐振腔，实现对多量子阱发光层发出来的光进行选择，进而实现LED器件光谱变窄和光汇聚；4、本专利技术的基于平面衬底的倒装RCLED芯片使用磁耦合等离子体刻蚀(InductiveCoupledPlasma，ICP)在衬底上刻蚀出透镜可用于增强光的汇聚效果，提升RCLED芯片的发光效率。附图说明图1是本专利技术实施例中基于平面衬底的倒装RCLED芯片的结构示意图；图2是本专利技术实施例中基于平面衬底的倒装RCLED芯片的制备方法流程示意图；图3是本专利技术另一个实施例中基于平面衬底的倒装RCLED芯片的结构示意图；图4是本专利技术另一个实施例中基于平面衬底的倒装RCLED芯片的制备方法流程示意图。附图标记说明：1-衬底；11-第一透镜；2-外延结构；21-缓冲层；22-u-GaN层；23-n-GaN层；24-多量子阱有源层；25-电子阻挡层；26-p-GaN层；3-透明导电层；4-N电极；41-第一N电极层；42-N电极互联区；43-第二N电极层；5-P电极；51-第一P电极层；52-P电极互联区；53-第二P电极层；6-第一反射镜；7-第二反射镜；71-第二透镜。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。RCLED芯片的基本结构主要包括类型为金属或者分布式布拉格反射镜(DistributedBraggReflector，DBR)的一个顶部反射镜和一个底部反射镜以及两个反射镜中间的有源区。本专利技术的实施例中采用工业上可以量化生产的金属有机物化学气相沉积的方法外延氮化物薄膜，直接制备RCLED芯片，从而能以较低的成本和工艺难度，解决LED发光发散无法汇聚的问题。本专利技术公开了基于平面衬底的倒装RCLED芯片的制备方法，包括：S1：在衬底1上制备包括n-GaN层23的外延结构2以及透明导电层3；所述外延结构2包括设置在n-GaN层23上的凸台，所述透明导电层3设置在所述凸台上；S2：在所述凸台一侧的n-GaN层23上制备第一N电极层41以及在透明导电层3上制备第一P电极层51；所述第一N电极层41覆盖部分所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于平面衬底的倒装RCLED芯片的制备方法，其特征在于，包括：/nS1：在衬底(1)上制备包括n-GaN层(23)的外延结构(2)以及透明导电层(3)；所述外延结构(2)包括设置在n-GaN层(23)上的凸台，所述透明导电层(3)设置在所述凸台上；/nS2：在所述凸台一侧的n-GaN层(23)上制备第一N电极层(41)以及在透明导电层(3)上制备第一P电极层(51)；所述第一N电极层(41)覆盖部分所述n-GaN层(23)；/nS3：在所述n-GaN层(23)、所述透明导电层(3)、所述第一N电极层(41)以及第一P电极层(51)上制备第一反射镜(6)；所述第一反射镜(6)覆盖所述第一N电极层(41)、所述第一P电极层(51)、所述透明导电层(3)、所述n-GaN层(23)以及所述外延结构(2)的凸台的侧壁；/nS4：刻蚀所述第一反射镜(6)，形成暴露第一N电极层(41)的第一通孔以及暴露第一P电极层(51)的第二通孔；/nS5：在所述第一反射镜(6)上制备第二N电极层(43)以及第二P电极层(53)，并在所述第一通孔内形成N电极互联区(42)，在所述第二通孔内形成P电极互联区(52)；/n所述第二N电极层(43)通过所述N电极互联区(42)与所述第一N电极层(41)电连接，形成N电极(4)；所述第二P电极层(53)通过所述P电极互联区(52)与所述第一P电极层(51)电连接，形成P电极(5)；/nS6：将步骤S5中的衬底(1)倒装，对所述衬底(1)的底部进行减薄；/nS7：在步骤S6中得到的所述衬底(1)底部制备第二反射镜(7)，形成所述基于平面衬底的倒装RCLED芯片。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于平面衬底的倒装RCLED芯片的制备方法，其特征在于，包括：
S1：在衬底(1)上制备包括n-GaN层(23)的外延结构(2)以及透明导电层(3)；所述外延结构(2)包括设置在n-GaN层(23)上的凸台，所述透明导电层(3)设置在所述凸台上；
S2：在所述凸台一侧的n-GaN层(23)上制备第一N电极层(41)以及在透明导电层(3)上制备第一P电极层(51)；所述第一N电极层(41)覆盖部分所述n-GaN层(23)；
S3：在所述n-GaN层(23)、所述透明导电层(3)、所述第一N电极层(41)以及第一P电极层(51)上制备第一反射镜(6)；所述第一反射镜(6)覆盖所述第一N电极层(41)、所述第一P电极层(51)、所述透明导电层(3)、所述n-GaN层(23)以及所述外延结构(2)的凸台的侧壁；
S4：刻蚀所述第一反射镜(6)，形成暴露第一N电极层(41)的第一通孔以及暴露第一P电极层(51)的第二通孔；
S5：在所述第一反射镜(6)上制备第二N电极层(43)以及第二P电极层(53)，并在所述第一通孔内形成N电极互联区(42)，在所述第二通孔内形成P电极互联区(52)；
所述第二N电极层(43)通过所述N电极互联区(42)与所述第一N电极层(41)电连接，形成N电极(4)；所述第二P电极层(53)通过所述P电极互联区(52)与所述第一P电极层(51)电连接，形成P电极(5)；
S6：将步骤S5中的衬底(1)倒装，对所述衬底(1)的底部进行减薄；
S7：在步骤S6中得到的所述衬底(1)底部制备第二反射镜(7)，形成所述基于平面衬底的倒装RCLED芯片。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：
S11：在所述衬底(1)依次生长缓冲层(21)、u-GaN层(22)、n-GaN层(23)、多量子阱有源层(24)、电子阻挡层(25)以及p-GaN层(26)，形成外延层；
S12：在所述p-GaN层(26)上覆盖透明导电材料层；
S13：刻蚀所述外延层以及透明导电材料层，深度到达所述n-GaN层(23)，得到包括多量子阱有源层(24)、电子阻挡层(25)以及p-GaN层(26)的凸台，形成所述外延结构(2)与所述透明导电层(3)。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述步骤S6还包括：
刻蚀经减薄的所述衬底(1)的底部，在与所述透明导电层(3)相对应的衬底(1)底部形成第一透镜(11)；
所述步骤S7还包括：
所述第二反射镜(7)在与所述衬底(1)相对的表面上形成第二透镜(71)。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
所述第一透镜(11)的制备方法包括磁耦合等离子体刻蚀法。


5.一种基于平面衬底的倒装RCLED芯片，其特征在于，包括：
衬底(1)；
外延结构(2)，设置在衬底(1)上；
包括n-GaN层(23)；以及
设置在n-GaN层(23)上的凸台；
透明导电层(3)，设置在所述凸台上；
N电极(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊晓燕，张兴飞，张逸韵，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