CN208489225U - 一种宽带高效的二维光子晶体led倒装阵列芯片 - Google Patents
一种宽带高效的二维光子晶体led倒装阵列芯片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN208489225U CN208489225U CN201821366071.3U CN201821366071U CN208489225U CN 208489225 U CN208489225 U CN 208489225U CN 201821366071 U CN201821366071 U CN 201821366071U CN 208489225 U CN208489225 U CN 208489225U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- gan
- photon crystal
- electrode
- down mounting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn - After Issue
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 136
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 19
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 11
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 9
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical group [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 claims 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 abstract 1
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 abstract 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 15
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 9
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 Oxygen alkane Chemical class 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- JZZIHCLFHIXETF-UHFFFAOYSA-N dimethylsilicon Chemical compound C[Si]C JZZIHCLFHIXETF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000005068 transpiration Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片。该二维光子晶体LED阵列芯片单元为倒装结构，在透明衬底上由X行Y列的发光单元组成，其中X和Y的取值为大于4的整数；每个发光单元为结构相同的倒装结构，都包括GaN外延层、金属反射镜层、保护层、钝化层、n‑电极和p‑电极；从图形化处理后GaN外延片表面的p‑GaN层到n‑GaN层以及SOG形成二维光子晶体结构，实现对光子寿命和行为的调控，进而提高LED芯片的调制带宽和光萃取效率。采用深刻蚀隔离槽将单元，实现阵列单元之间的独立，降低阵列单元之间的光电串扰，具有高光效、高带宽和高集成度的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及面向可见光通信的LED芯片领域，具体涉及一种宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片。
背景技术
随着互联网、物联网、人工智能等技术的快速发展，无线电频谱的承载能力也显得更加匮乏，愈见拥挤。可见光通信技术利用LED发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息。同时作为照明源与信号源的高发光效率和大调制带宽的LED芯片成为研究热点。
LED芯片的调制带宽是影响可见光通信系统中数据传输速率的重要因素。GaN基LED 是目前主流的商用照明光源，但是其调制带宽仅3‐50MHz，远远不能满足可见光通信光源的要求。二维光子晶体由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。Lin,TungChing 和Yin,Yu Feng等人[Lin T C and Huang J J High‐speed modulation of GaN‐based light emitting diode with embedded photonic crystals[C].SixteenthInternational Conference on Solid State Lighting and LED‐based IlluminationSystems,2017:34；Yin Y F,Lan W Y,Lin T C,et al.High‐Speed Visible LightCommunication Using GaN‐based Light‐emitting Diodes with Photonic Crystals[J]. 2017,PP(99):1‐1.]通过制备空气孔光子晶体LED正装芯片，将LED芯片的调制带宽提升到几百Mhz。但是正装结构有诸多缺点，如散热不佳，电极挡光，电流拥挤等问题。
实用新型内容
本实用新型针对面向可见光通信的GaN基LED芯片，提供一种出光面为蓝宝石透明衬底，出光面更大，提高分辨率，p‐电极键合散热基板直接散热，散热效率高，单元互不干扰的宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下技术解决方案：
一种宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片，在透明衬底上由X行Y列的发光单元组成，其中X和Y的取值为大于4的整数；每个发光单元为结构相同的倒装结构，都包括GaN外延层、金属反射镜层、保护层、钝化层、n‐电极和p‐电极；GaN外延层由缓冲层、非故意掺杂GaN层、n‐GaN层、量子阱层和p‐GaN层从下到上依次连接组成；其中，从图形化处理后GaN外延片表面的p‐GaN层到n‐GaN层以及SOG形成二维光子晶体结构，从p‐GaN层上表面到n‐GaN层底部构成二维光子晶体结构的深度，二维光子晶体结构的深度为1.0‐1.5μm；SOG108位于n‐GaN层、量子阱层和p‐GaN层形成的柱状结构间隙；
所述发光单元的顶部截面小于等于100μm，相邻发光单元之间的间距小于50μm；n‐GaN 层为台基结构，在n‐GaN层的台基上设置圆环状的n‐电极，在p‐GaN层顶部设置金属反射镜层，金属反射镜层和GaN外延层的外周设有保护层，保护层外周设有p‐电极；
每一行发光单元的p‐电极通过金属线串连，金属线连接到LED倒装阵列芯片边缘的P 焊盘；每一列的n‐电极通过金属线串连，金属线连接到LED倒装阵列芯片边缘的N焊盘。
为进一步实现本实用新型目的，优选地，所述二维光子晶体结构的几何参数可随不同光源波长而改变，晶格常数在波长量级，占空比在0.1‐0.9之间。
优选地，所述透明衬底的材料为蓝宝石，金属反射镜层为圆盘形。
优选地，所述发光单元为圆柱形或者方柱形，发光单元的直径或边长在于微米数量级。
优选地，所述金属反射电极层为银镜或DBR；所述钝化层的材料为SiO2、SiN、SiON、Al2O3、HfO2和SOG等绝缘介质材料中的一种。
优选地，所述P焊盘为圆形结构；所述N焊盘为方形。
优选地，所述n‐电极或p‐电极的材料为Au、Cr、Ni、Ag、Ti、Al、Pt、Pd等材料中的一种或多种及其合金。
优选地，所述二维光子晶体结构采用电子束光刻法、纳米压印法、PS小球法、SiO2小球法或AAO模板法制备。
优选地，所述纳米压印法制备二维光子晶体结构包括如下步骤：
1)清洗透明衬底上的GaN外延片，GaN外延片包括由下到上依次连接的缓冲层、非故意掺杂GaN层、n‐GaN层、量子阱层3和p‐GaN层；
2)将GaN外延片清洗后，在GaN外延片p‐GaN表面制备一层掩膜；
3)在掩膜表面旋涂纳米压印胶；
4)使用压印设备将纳米压印模板上的纳米图案转移至纳米压印胶上，形成光子晶体结构；纳米图案为周期性的纳米凸点或纳米凹点；
5)使用ICP‐RIE设备干法刻蚀纳米压印胶和掩膜，使图案转移至掩膜上；
6)使用ICP‐RIE设备干法刻蚀掩膜和GaN外延片，使光子晶体图案转移至GaN外延片上；
7)清洗GaN外延片后旋涂SOG，并退火处理使之填充紧密；
8)使用ICP‐RIE设备干法刻蚀SOG至p‐GaN表面，完成二维光子晶体的制备。
所述的宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片的制备方法，包括如下步骤：
(1)在已经制备二维光子晶体结构的LED的GaN外延层上沉积反射层，并高温退火进行合金，再通过普通紫外光刻技术形成光刻胶掩模层，然后进行湿法腐蚀，侧向腐蚀使得电流扩展层的横向尺寸小于光刻胶掩模层的横向尺寸为1～5μm；
(2)以步骤(1)制备的光刻胶掩模层作为刻蚀台面结构的掩模层，通过干法刻蚀制备台面结构，暴露n‐GaN层，然后去除光刻胶；
(3)在步骤(2)所述的台面结构和暴露的n‐GaN上形成掩模层，掩模层的横向尺寸大于台面结构50μm以上，干法刻蚀制备隔离槽，暴露衬底，去除掩模层；
(4)通过紫外光刻技术和金属剥离技术在步骤(3)所得的台基上和隔离槽制备处N电极圆环、N电极金属线和N焊盘；
(5)通过介质薄膜沉积技术在步骤(3)所得的台面结构和步骤(4)所得的台基结构的顶部和侧壁沉积钝化层；再通过普通紫外光刻技术形成光刻胶掩模层，掩模层分别在台面结构的顶部有一个圆形开口暴露反射电极，在台基结构N电极和P电极不交叠处有个半环形开口暴露N电极；
(6)通过普通紫外光刻技术和金属剥离技术在步骤(5)所得的台面结构的顶部和隔离槽处制备P电极、P电极金属线和P焊盘。
相对于现有技术，本实用新型具有如下优点和有益效果：
1)本实用新型通过在p‐GaN层上制备反射电极，使出光面为蓝宝石透明衬底，不再通过蓝宝石散热，由p‐电极键合散热基板直接散热，提高散热能力。
2)本实用新型倒装结构消除晶片正面出光中电极挡光提高出光效率，倒装结构出光面更大，能将芯片尺寸做的更小提高分辨率。
3)本实用新型二维光子晶体LED倒装阵列芯片是在普通外延片上进行图案转移，与现有工艺兼容，因此不会对外延片的生长产生影响，有效避免外延片生长的质量问题，提高芯片可靠性。
4)本实用新型不同于传统倒装芯片在出光面制备光子晶体的方法，选择在外延片的内部，从表面的p‐GaN层到n‐GaN层制备光子晶体，可以有效提高LED芯片的调制带宽和出光效率。
5)本实用新型二维光子晶体LED倒装阵列芯片采用倒装结构，散热效果好，出光效率高，分辨率高。同时采用N、P电极分层，实现阵列单元矩阵寻址。相邻发光单元通过隔离沟槽实现单元独立，减少了单元之间光、电串扰，提升了LED阵列的可靠性和分辨率。
6)本实用新型阵列结构中同一列发光单元的n‐GaN连通实现共阴极，而同一行发光单元的p‐GaN连通实现共阳极，从而实现单元可寻址控制。
附图说明
图1为本实用新型宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片的阵列图；
图2为本实用新型宽带高效的二维光子晶体LED倒装芯片单元的结构示意图；
图3为本实用新型宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片的P电极的横截面示意图；
图4A～图4H为本实用新型宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片中二维光子晶体结构制备方法的各步骤所得产物示意图；
图5A～图5F为本实用新型宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片的制备过程各步骤所得产物示意图。
图中示出：透明衬底99、缓冲层100、非故意掺杂GaN层101、n‐GaN层102、量子阱层103、p‐GaN层104、掩膜105、纳米压印胶106、SOG 108、金属反射镜层109、保护层 110、钝化层111、n‐电极112、p‐电极113。
具体实施方式
为更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的实施方式不限如此。为表达的更简洁清晰，在下列描述当中，公知的功能和结构没有进行特别详细的描述。
如图1‐3所示，一种宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片，在透明衬底99上由 X行Y列的发光单元组成，其中X和Y的取值为大于4的整数；每个发光单元为结构相同的倒装结构，都包括GaN外延层、金属反射镜层109、保护层110、钝化层111、n‐电极112 和p‐电极113；GaN外延层由缓冲层100、非故意掺杂GaN层101、n‐GaN层102、量子阱层103和p‐GaN层104从下到上依次连接组成；其中，从图形化处理后GaN外延片表面的 p‐GaN104层到n‐GaN层102以及SOG108形成二维光子晶体结构，从p‐GaN104层上表面到n‐GaN层102底部构成二维光子晶体结构深度，优选为1.0‐1.5μm；SOG108位于n‐GaN 层102、量子阱层103和p‐GaN层104形成的柱状结构间隙；所述金属反射镜层相接触的 GaN外延层具有二维光子晶体结构，由外延层和间隙材料SOG108组成不同折射率的介质排列周期。
发光单元的顶部截面小于等于100μm，相邻发光单元之间的间距小于50μm；n‐GaN层 102为台基结构，在n‐GaN 102层的台基上设置圆环状的n‐电极112，在p‐GaN层104顶部设置金属反射镜层109，金属反射镜层109和GaN外延层的外周设有保护层110，保护层 110外周设有p‐电极113。n‐电极112和p‐电极113通过钝化层111进行电学隔离。
每一行的发光单元的p‐电极113通过金属线串连，金属线连接到LED倒装阵列芯片边缘的圆形P焊盘；每一列的n‐电极112通过金属线串连，金属线连接到LED倒装阵列芯片边缘的方形N焊盘；驱动对应焊盘实现矩阵芯片单元的可寻址控制。
二维光子晶体结构的在外延片的内部，从外延片表面的p‐GaN104层到n‐GaN层102，深度优选为1.2‐1.3μm；二维光子晶体结构的几何参数可随不同光源波长而改变，晶格常数在波长量级，占空比在0.1‐0.9之间。
透明衬底99是蓝宝石材料，金属反射镜层109优选为圆盘形。
所述发光单元为圆柱形或者方柱形，发光单元的直径或边长在于微米数量级。GaN外延层优选为台柱形结构。
所述金属反射电极层109为银镜或DBR。所述钝化层111的材料为SiO2、SiN、SiON、Al2O3、HfO2和SOG等绝缘介质材料中的一种。
所述n‐电极112或p‐电极113的材料为Au、Cr、Ni、Ag、Ti、Al、Pt、Pd等材料中的一种或多种及其合金。
所述二维光子晶体结构可采用电子束光刻法、纳米压印法、PS小球法、SiO2小球法、 AAO模板法等方法制备。
未制备n‐电极112和p‐电极113的金属电极前，相邻发光单元通过隔离沟槽实现电绝缘，隔离沟槽从芯片表面延伸至绝缘衬底；制备金属电极后，p‐电极113分布在表面的中心，n‐电极112围绕P‐电极113分布在发光单元的边缘。
n‐电极112与p‐电极113金属线实现电隔离的结构在于：先通过电子束溅射制备圆环状的n‐电极112、N焊盘和他们相连的金属线，接着利用PECVD沉积钝化层111，然后通过光刻和刻蚀暴露出N焊盘、圆盘状的p‐电极113和P焊盘区域，再制备p‐电极113、P焊盘和他们相连的金属线，形成n‐电极112、钝化层111、P‐电极113三层结构。
本实用新型同一列发光单元的n‐电极112通过金属线和N焊盘相连实现共阴极，同一行发光单元的p‐GaN 113通过金属线和P焊盘相连实现共阳极。
所述光子晶体结构可采用纳米压印法、电子束光刻法、PS小球法、SiO2小球法、AAO模板法等。图4A～图4H为本实用新型宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片中二维光子晶体结构制备方法的各步骤所得产物示意图；如图4A～图4H所示，以纳米压印法为例介绍二维光子晶体LED倒装阵列芯片中二维光子晶体结构制备方法，包括如下步骤：
1)清洗透明衬底99上的GaN外延片，GaN外延片的结构如如图4A所示，包括由下到上依次连接的缓冲层100、非故意掺杂GaN层101、n‐GaN层102、量子阱层103和p‐GaN 层104；透明衬底99为蓝宝石材料制成。GaN外延片采用一般的商用GaN外延片。
2)将GaN外延片清洗后，在GaN外延片p‐GaN104表面制备一层掩膜105，如图4B；掩膜可采用二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化铪、铟锡氧化物、氧化锌、金、银、镍、铝、铬和钛等中的一种。
3)在掩膜105表面旋涂纳米压印胶106，如图4C；
4)使用压印设备将纳米压印模板上的纳米图案转移至纳米压印胶106上，形成光子晶体结构，如图4D；纳米压印模板可选用硬模板(如：石英玻璃)或软模板(如：聚二甲基硅氧烷)。纳米图案为周期性的纳米凸点或纳米凹点。
5)使用ICP‐RIE设备干法刻蚀纳米压印胶106和掩膜105，使图案转移至掩膜105上，如图4E；
6)使用ICP‐RIE设备干法刻蚀掩膜105和GaN外延片，使光子晶体图案转移至GaN外延片上，如图4F；
7)清洗GaN外延片后旋涂SOG108绝缘介质材料，并退火处理使之填充紧密，如图4G；
8)使用ICP‐RIE设备干法刻蚀SOG108至p‐GaN 104表面，完成二维光子晶体的制备。芯片横截面如图4H所示。
图5A～图5F为本实用新型宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片的制备过程各步骤所得产物示意图；如图5A～图5F所示，一种宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片的制备方法，包括如下步骤：
(1)在已经制备二维光子晶体结构的GaN外延层上，使用电子束蒸发沉积 Ni/Ag/Ni(0.5/150/2nm)金属反射电极层109，并在475℃氧气气氛下快速退火3min，使用普通紫外光刻工艺形成光刻胶掩模，再使用Ag腐蚀液在35℃下湿法腐蚀30sec，反射率约 95％，并适当的侧向腐蚀使得电流扩展层的横向尺寸小于光刻胶掩模层的横向尺寸约1～5 μm；然后使用磁控溅射沉积TiW(400nm)金属保护层110，使用普通紫外光刻工艺形成光刻胶掩模，再使用TiW腐蚀液在35℃下湿法腐蚀4min 30sec，形成圆盘状的金属保护层110，完成金属反射镜层109的制备，使出光面为蓝宝石透明衬底99(倒装结构)。芯片横截面如图5A所示；
(2)在105℃热板上烘烤5min后，通过感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀7min制备台柱结构，然后采用丙酮超声去除光刻胶；圆台上深度约为1.3μm；芯片横截面如图5B所示；
(3)采用光刻工艺在台面结构和暴露的n‐GaN102上形成光刻胶圆盘型掩模层，掩模层的半径略大于台面结构50μm，再进行ICP干法刻蚀刻蚀35min直至透明衬底99，制备隔离槽，以暴露衬底99，然后采用丙酮超声去除光刻胶；芯片横截面如图5C所示；
(4)采用负性光刻胶和普通紫外光刻技术，利用电子束蒸发沉积Cr/Au电极，厚度为 1200nm；然后放入丙酮浸泡20min，并采用蓝膜撕金，在台基上和隔离槽制备处形成圆环状的n‐电极112、n‐电极金属线和n‐焊盘的图案；芯片横截面如图5D所示；
(5)采用等离子增强化学气相沉积在300℃沉积SiO2薄膜作为介质绝缘层；再通过普通紫外光刻技术形成光刻胶掩模层，掩模层分别在台面结构的顶部设有一个圆形开口，开口直径为10μm，在台基结构n‐电极112和p‐电极113不交叠处有个半环形开口暴露n‐电极，方便散热；通过ICP干法刻蚀完成图案转移；然后采用丙酮超声去除光刻胶；芯片横截面如图5E所示；
(6)采用负性光刻胶和普通紫外光刻技术，形成p‐电极113、P‐电极金属线和P焊盘的图案；利用电子束蒸发沉积Cr/Au电极，厚度为1200nm；然后放入丙酮浸泡20min，并采用蓝膜撕金，在台基上和隔离槽制备处p‐电极113圆盘、P‐电极金属线和P焊盘；芯片横截面如图5F所示。
如上即可较好完成所述微米尺寸倒装LED芯片的制备
在表面制备二维光子晶体，只能修正量子阱中出射光的角度，增大出光角度。本实用新型通过驱动对应焊盘实现矩阵芯片单元亮暗操作，在GaN外延片的内部制备二维光子晶体，能实现对光子寿命调控，降低载流子寿命从而提升LED芯片的调制带宽。
本实用新型通过在p‐GaN层104层上制备反射电极109，使出光面为蓝宝石透明衬底 99，不再通过蓝宝石散热，由p‐电极113键合散热基板直接散热，提高散热能力。消除晶片正面出光中电极挡光提高出光效率。倒装结构出光面更大，能将芯片尺寸做的更小提高分辨率。
本实用新型通过驱动对应焊盘实现阵列单元的矩阵寻址。高密度的阵列芯片集成会造成芯片单元间的光学和电学串扰，深刻蚀到蓝宝石衬底的隔离槽能将芯片单元分离成相互独立的、互不干扰的单元。
本实用新型使用纳米技术对外延结构进行图形化处理，形成二维光子晶体结构。结合金属反射镜层109和二维光子晶体结构同时提高LED芯片的出光效率和调制带宽，成为可见光通信的理想光源和信号源。
上述实施方式不构成对本实用新型的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本实用新型原理后，能够在不背离本实用新型的原理和范围的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，需要说明的是，这些基于本实用新型的修正和改变仍在本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片，其特征在于，在透明衬底上由X行Y列的发光单元组成，其中X和Y的取值为大于4的整数；每个发光单元为结构相同的倒装结构，都包括GaN外延层、金属反射镜层、保护层、钝化层、n‐电极和p‐电极；GaN外延层由缓冲层、非故意掺杂GaN层、n‐GaN层、量子阱层和p‐GaN层从下到上依次连接组成；其中，从图形化处理后GaN外延片表面的p‐GaN层到n‐GaN层以及SOG形成二维光子晶体结构，从p‐GaN层上表面到n‐GaN层底部构成二维光子晶体结构的深度，二维光子晶体结构的深度为1.0‐1.5μm；SOG108位于n‐GaN层、量子阱层和p‐GaN层形成的柱状结构间隙；
所述发光单元的顶部截面小于等于100μm，相邻发光单元之间的间距小于50μm；n‐GaN层为台基结构，在n‐GaN层的台基上设置圆环状的n‐电极，在p‐GaN层顶部设置金属反射镜层，金属反射镜层和GaN外延层的外周设有保护层，保护层外周设有p‐电极；
每一行发光单元的p‐电极通过金属线串连，金属线连接到LED倒装阵列芯片边缘的P焊盘；每一列的n‐电极通过金属线串连，金属线连接到LED倒装阵列芯片边缘的N焊盘。
2.根据权利要求1所述的宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片，其特征在于，所述二维光子晶体结构的几何参数随不同光源波长而改变，晶格常数在波长量级，占空比在0.1‐0.9之间。
3.根据权利要求1所述的宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片，其特征在于，所述透明衬底的材料为蓝宝石，金属反射镜层为圆盘形。
4.根据权利要求1所述的宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片，其特征在于，所述发光单元为圆柱形或者方柱形，发光单元的直径或边长在于微米数量级。
5.根据权利要求1所述的宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片，其特征在于，所述金属反射电极层为银镜或DBR；所述钝化层的材料为SiO2、SiN、SiON、Al2O3、HfO2和SOG中的一种。
6.根据权利要求1所述的宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片，其特征在于，所述n‐电极或p‐电极的材料为Au、Cr、Ni、Ag、Ti、Al、Pt和Pd中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片，其特征在于，所述P焊盘为圆形结构；所述N焊盘为方形。
8.根据权利要求1所述的宽带高效的二维光子晶体LED倒装阵列芯片，其特征在于，所述二维光子晶体结构采用电子束光刻法、纳米压印法、PS小球法、SiO2小球法或AAO模板法制备。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201821366071.3U CN208489225U (zh) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | 一种宽带高效的二维光子晶体led倒装阵列芯片 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201821366071.3U CN208489225U (zh) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | 一种宽带高效的二维光子晶体led倒装阵列芯片 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN208489225U true CN208489225U (zh) | 2019-02-12 |
Family
ID=65246959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201821366071.3U Withdrawn - After Issue CN208489225U (zh) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | 一种宽带高效的二维光子晶体led倒装阵列芯片 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN208489225U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108831979A (zh) * | 2018-08-23 | 2018-11-16 | 中山市华南理工大学现代产业技术研究院 | 宽带高效的二维光子晶体led倒装阵列芯片及其制备方法 |
| WO2020207009A1 (zh) * | 2019-04-09 | 2020-10-15 | 南京大学 | 基于深硅刻蚀模板量子点转移工艺的微米全色qled阵列器件及其制备方法 |
-
2018
- 2018-08-23 CN CN201821366071.3U patent/CN208489225U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108831979A (zh) * | 2018-08-23 | 2018-11-16 | 中山市华南理工大学现代产业技术研究院 | 宽带高效的二维光子晶体led倒装阵列芯片及其制备方法 |
| CN108831979B (zh) * | 2018-08-23 | 2024-02-06 | 中山市华南理工大学现代产业技术研究院 | 宽带高效的二维光子晶体led倒装阵列芯片及其制备方法 |
| WO2020207009A1 (zh) * | 2019-04-09 | 2020-10-15 | 南京大学 | 基于深硅刻蚀模板量子点转移工艺的微米全色qled阵列器件及其制备方法 |
| US11050004B2 (en) | 2019-04-09 | 2021-06-29 | Nanjing University | Micro panchromatic QLED array device based on quantum dot transfer process of deep silicon etching templates, and preparation method therefor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108831979A (zh) | 宽带高效的二维光子晶体led倒装阵列芯片及其制备方法 | |
| US7061065B2 (en) | Light emitting diode and method for producing the same | |
| CN103229316B (zh) | 发光装置及其制造方法 | |
| CN108369977B (zh) | 低光学损失倒装芯片固态照明设备 | |
| TWI593139B (zh) | Semiconductor light-emitting element and optical film | |
| JP4755901B2 (ja) | 高輝度の窒化物マイクロ発光ダイオード及びその製造方法 | |
| CN102194954B (zh) | 半导体发光器件、使用其的发光装置以及制造该半导体发光器件的方法 | |
| US20230109132A1 (en) | Display panel and manufacturing method thereof | |
| US8399906B2 (en) | AlGaInP-based light-emitting diode with double reflective layers and fabrication method thereof | |
| CN104396028A (zh) | 不需要颜色转换的白色纳米发光二极管 | |
| CN108878602A (zh) | 一种三基色垂直结构微型led芯片制造与转印方法 | |
| TW202339302A (zh) | 用於電流注入之led晶片的接觸結構 | |
| CN208489225U (zh) | 一种宽带高效的二维光子晶体led倒装阵列芯片 | |
| CN109285939B (zh) | 一种红光倒装芯片及其制作方法 | |
| CN110911537A (zh) | 共阴极led芯片及其制作方法 | |
| CN103219435A (zh) | 具有嵌入式纳米级结构的光子器件 | |
| KR20180078940A (ko) | 발광다이오드 칩 및 그의 제조방법 | |
| CN213184332U (zh) | 一种倒装紫外发光二极管芯片 | |
| CN105870290A (zh) | 发光二极管及其制作方法 | |
| KR100958590B1 (ko) | 광추출 효율을 높인 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법 | |
| WO2017127958A1 (zh) | 光泵浦发光器件及单片集成光泵浦发光器件的制备方法 | |
| KR20070011041A (ko) | 광추출 효율을 높인 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법 | |
| CN107611232B (zh) | 发光二极管及其制作方法 | |
| CN113488569B (zh) | 一种倒装结构发光二极管芯片及其制备方法 | |
| CN111029449B (zh) | 一种深紫外薄膜半导体器件结构及其制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20190212 Effective date of abandoning: 20240206 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20190212 Effective date of abandoning: 20240206 |