可見光通信用倒裝rcled及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于照明光源領域，具體涉及一種倒裝RCLED及其制備方法，特別涉及一種高光效、高帶寬的可見光通信用倒裝RCLED及其制備方法。
【背景技術】
[0002]白光LED節(jié)能環(huán)保、壽命可靠，通過加載人眼無法感測的高速調制信號傳送數(shù)據(jù)，可以在兼顧照明的同時實現(xiàn)可見光無線通信的功能。不過，LED的頻率響應也直接決定了可見光通信系統(tǒng)的調制帶寬和傳輸速度。
[0003]RCLED (Resonant Cavity Light-Emitting D1de，共振腔發(fā)光二極管)是有源區(qū)在諧振腔中的發(fā)光二極管，借助微腔效應改變真空電磁場的模式結構，可使共振波長的光模式密度增大，從而增加有源區(qū)的自發(fā)輻射速率，降低載流子的復合壽命，提高調制帶寬。同時，利用F-P腔干涉效應改變出射角的功率分布，可使出射光大部分集中于提取角內(nèi)，從而增加光出射，提高外量子效率。RCLED光譜純度較高、熱穩(wěn)定性較好，是協(xié)同改善LED頻率響應和量子效率方面極具潛力的光源解決方案。
[0004]不過，面向光通信的GaN基RCLED研究依然存在諸多難點。對于傳統(tǒng)正裝RCLED，以氧化物DBR作上、下反射鏡時，其局限在于襯底不能徹底減薄，腔長難以縮短到少數(shù)波長量級，因此，微腔效應相對較弱。目前的解決方案主要有兩個:一是激光剝離藍寶石，然后在剝離GaN面沉積高反的氧化物DBR或金屬反射鏡再與其它襯底熱壓鍵合或電鍍;另一個是LED外延結構中直接在藍寶石側引入以AlN/GaN系為代表的高反率氮化物DBR。前者由于引入了激光剝離和熱壓鍵合、電鍍等工藝，勢必會增加器件成本，而后者因AlN/GaN的晶格失配和熱膨脹系數(shù)差異，實際過程中制備反射率在90%以上的高質量AlN/GaN系DBR困難較大，需要引入超晶格插入層并要求材料生長過程的高精細控制。
[0005]倒裝RCLED可在一定程度上避免正裝RCLED的不足。由于采用襯底出光，倒裝結構可在襯底一側生長較少對數(shù)的氮化物DBR作反射鏡，能有效降低氮化物DBR的材料生長難度。此外，倒裝RCLED的氮化物DBR緊鄰η型半導體層，可以大幅靠近有源區(qū)，但傳統(tǒng)倒裝結構一般以含有銀金屬的P電極作下反射鏡，面臨著退火后易發(fā)生銀層團聚而導致的可靠性低和反射率不高的問題。
[0006]本發(fā)明以制備容易、成本低廉、工藝成熟的高反氧化物DBR層代替P電極金屬作下反射鏡，并通過透明導電層實現(xiàn)電流擴展，既兼顧了傳統(tǒng)正裝RCLED的大部成熟工藝，也繼承了倒裝RCLED的技術優(yōu)勢，有利于獲得高品質因子的短腔長倒裝RCLED，從而滿足光通信用高光效、高帶寬的光源需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種可見光通信用倒裝RCLED及其制備方法，以達到獲得高品質因子的短腔長倒裝RCLED的目的。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種可見光通信用倒裝RCLED，所述可見光通信用倒裝RCLED包括LED芯片和倒裝基板，其中:
[0009]所述LED芯片包括:芯片襯底、緩沖層、構成諧振腔的氮化物DBR層和氧化物DBR層、η型半導體層、有源區(qū)、P型半導體層、透明導電層和P、n電極；
[0010]所述氮化物DBR層和氧化物DBR層分別作為所述可見光通信用倒裝RCLED的上、下反射鏡，下反射鏡制作在所述透明導電層上且其反射率高于上反射鏡；
[0011]所述P電極完全覆蓋所述氧化物DBR層并與所述透明導電層互聯(lián)，所述η電極制作在所述η型半導體層上；
[0012]所述倒裝基板由下至上依次包括支撐襯底、絕緣層以及互相絕緣隔離的Ρ、Ν電極焊盤；
[0013]所述LED芯片通過金屬焊球或共晶焊分別與所述倒裝基板的Ρ、Ν電極焊盤電連接。
[0014]可選地，所述芯片襯底為藍寶石或碳化硅;所述支撐襯底為硅、陶瓷、線路板或金屬板，所述絕緣層為二氧化硅、氮化硅或氧化鋁。
[0015]可選地，所述η型半導體層的一側朝向芯片襯底的方向上形成有臺面，所述臺面的深度小于所述η型半導體層的厚度。
[0016]可選地，所述有源區(qū)為藍光、綠光或深紫外波段多量子阱結構;所述透明導電層為ITO、石墨稀或ZnO薄膜。
[0017]可選地，所述氧化物DBR層的制備材料為多周期氧化物DBR材料組，且在有源區(qū)波段附近反射率不低于90%;所述氮化物DBR層的制備材料為多周期氮化物DBR材料組，且在有源區(qū)波段附近的反射率低于氧化物DBR層。
[0018]可選地，所述上、下反射鏡之間的諧振腔長為器件內(nèi)部有效半波長的整數(shù)倍。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種可見光通信用倒裝RCLED的制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0020]步驟1:在芯片襯底上依次生長緩沖層、氮化物DBR層、η型半導體層、有源區(qū)和P型半導體層；
[0021]步驟2:在所述P型半導體層上沉積透明導電層，光刻腐蝕制作出臺面圖形；
[0022]步驟3:通過ICP向下刻蝕無光刻膠保護區(qū)域形成臺面，刻蝕深度到達所述η型半導體層；
[0023]步驟4:在所述透明導電層的部分表面上沉積氧化物DBR層作為下反射鏡，并通過光刻圖形預留金屬互聯(lián)區(qū)域，同時該DBR層也形成于有源區(qū)、P型半導體層與透明導電層靠近臺面的側壁和臺面的部分表面上；
[0024]步驟5:在所述氧化物DBR層的表面以及所述透明導電層的剩余表面上沉積P電極，在所述臺面的剩余表面上沉積η電極，ρ、η電極分別與透明導電層和臺面互聯(lián)，完成LED芯片的制備；
[0025]步驟6:在支撐襯底上沉積絕緣層；
[0026]步驟7:在所述絕緣層上制作Ρ、Ν電極焊盤，形成倒裝基板；
[0027]步驟8:將所述LED芯片通過倒裝焊、共晶焊或鍵合的方法倒裝在所述倒裝基板上，所述LED芯片的P、η電極分別與所述倒裝基板的P、N電極焊盤連接。
[0028]可選地，所述芯片襯底為藍寶石或碳化硅;所述支撐襯底為硅、陶瓷、線路板或金屬板，所述絕緣層為二氧化硅、氮化硅或氧化鋁。
[0029]可選地，所述氧化物DBR層的制備材料為多周期氧化物DBR材料組，且在有源區(qū)波段附近反射率不低于90%;所述氮化物DBR層的制備材料為多周期氮化物DBR材料組，且在有源區(qū)波段附近的反射率低于氧化物DBR層。
[0030]可選地，所述有源區(qū)為藍光、綠光或深紫外波段多量子阱結構;所述透明導電層為ITO、石墨稀或ZnO薄膜。
[0031]本發(fā)明避免了傳統(tǒng)含銀P電極退火后因銀層團聚而導致的可靠性低和反射率不高的問題，同時以緊鄰η型半導體層的氮化物DBR作上反射鏡，可以大幅靠近有源區(qū)并有效降低外延高反射率氮化物DBR的難度，有利于獲得高品質因子的短腔長倒裝RCLED，從而協(xié)同改善LED的頻率響應和量子效率，滿足光通信用高光效、高帶寬的光源需求。
【附圖說明】
[0032]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的可見光通信用倒裝RCLED的縱剖面結構示意圖；
[0033]圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的可見光通信用倒裝RCLED的制備方法流程圖。
【具體實施方式】
[0034]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0035]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的可見光通信用倒裝RCLED的縱剖面結構示意圖，如圖1所示，所述可見光通信用倒裝RCLED包括:
[0036]芯片襯底10;
[0037]其中，所述芯片襯底10為藍寶石或碳化硅。
[0038]依次在所述芯片襯底10上形成的低溫GaN層11和U-GaN層12，作為緩沖層；
[0039]氮化物DBR層13，形成于所述U-GaN層12上，作為上反射鏡；
[0040]η型半導體層14，形成于所述氮化物DBR層13上，所述η型半導體層14的一側，朝向芯片襯底10的方向上形成有臺面141，其深度小于所述η型半導體層14的厚度，臺面形狀為矩形、扇形或者叉指形；
[0041]有源區(qū)15，形成于所述η型半導體層14除所述臺面141外的表面上；
[0042]其中，所述有源區(qū)15為藍光、綠化或深紫外波段的多量子阱結構，典型值為3到5個量子講。
[0043]P型半導體層16，形成于所述有源區(qū)15上；
[0044]其中，η型半導體層14、有源區(qū)15和P型半導體層16稱為氮化鎵LED層。
[0045]其中，所述U-GaN層12、η型半導體層14、有源區(qū)15以及P型半導體層16的材料均為Ga琳系。
[0046]透明導電層17，形成于比如沉積在所述P型半導體層16上；
[0047]其中，所述透明導電層17為ΙΤ0、石墨稀或ZnO薄膜。
[0048]氧化物DBR層18，形成于，如沉積在所述透明導電層17的部分表面上，作為下反射鏡，其反射率高于上反射鏡，同時該氧化物DBR層18也形成于有源區(qū)15、ρ型半導體層16與透明導電層17靠近臺面141的側壁和臺面141的部分表面上，對器件鈍化以免漏電；
[0049]其中，所述氧化物DBR層18為選自于包括Ti02/Si02、Ti305/Si02、Ta205/Si02、Ti305/Al203、Zr02/Si02或Ti02/Al203等氧化物DBR材料群組中的一組多周期材料，且在有源區(qū)波段附近的反射