[发明专利]一种薄膜倒装光子晶体LED芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率高亮度发光二极管(LED)芯片和制造方法，尤其涉及一种薄膜倒装光子晶体LED芯片及其制造方法。

背景技术

大功率、高亮度LED已经被应用于汽车照明、室内外通用照明、LCD背光照明光源等等众多领域，随着功率和亮度的不断提高，成本的不断降低，LED最终将会取代现有的通用照明光源，成为新一代绿色光源。但是目前LED仍面临以下挑战性技术难题：(1)发光效率低；(2)功率低；(3)成本高，这严重影响和制约LED进入通用照明和更加广泛的应用和市场的推广和普及。因此，增加发光效率，提高亮度和功率，降低成本已经成为目前LED行业迫切亟需解决和克服的技术难题。

目前LED芯片的结构形式主要有四种：(1)传统正装(横向结构)；(2)倒装(Flip Chip)；(3)垂直结构(垂直薄膜Vertical Thin Film)；(4)薄膜倒装(Thin film Flip Chip)。与其它三种结构相比，薄膜倒装结构具有以下显著的优点：(1)更大的出光面积(没有电极的遮光)；(2)易于实现LED模组(LED阵列)；(3)好的散热特性。此外，为了进一步提高光提取效率，降低外延片的位错密度(提高外延片质量)，光子晶体技术(Photonic Crystal)和纳尺寸图形化蓝宝石衬底技术(Nano Patterned Sapphire Substrate，NPSS)已经成为目前提高取光效率和改进外延片质量最为有效的技术手段。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种薄膜倒装光子晶体LED芯片，本发明的另一目的就是提供一种低成本、高效、大批量制造该种LED芯片方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种薄膜倒装光子晶体LED芯片，包括：一个基板，基板之上设有薄膜倒装的LED芯片，基板和薄膜倒装的LED芯片之间通过焊料连接；所述基板包括散热基座和在其上设有的彼此独立的金属层I、II，所述薄膜倒装的LED芯片是，在包含有光子晶体结构的N型半导体层下表面上的一个区域，自上向下依次设有发光层、P型半导体层、金属反射层、P型欧姆接触电极，所述P型欧姆接触电极通过焊料与金属层I连接；在下表面上的另一个区域，设有N型欧姆接触电极、所述N型欧姆接触电极通过焊料与金属层II连接。

所述N型半导体层上的光子晶体结构包括周期结构光子晶体和非周期结构准光子晶体结构；所述光子晶体的几何参数：纳米孔的尺寸100-200nm，晶格常数300-700nm，光子晶体的高度50nm-150nm。

所述基板中散热基座的材料为陶瓷、铝、硅、铬、铜、铜合金中的一种。其上的金属层I或II为Cu、Ti/Al、Ti/Au、Ni/Au或Cr/Au中的任意一种。

所述P型欧姆接触电极为Ti/Au、Ni/Au或Cr/Au的任意一种，厚度100nm-400nm；N型欧姆接触电极为Ti/Al、Ti/Au、Cr/Au或Ti/AI/Ti/Au的任意一种，厚度100-400nm；

所述金属反射层为Al、Ag中的任意一种。

本发明适用于III-V族、II-IV族、III族氮化物半导体发光材料体系发光二极管的制造，尤其适用于蓝宝石衬底氮化镓(GaN)基蓝光发光二极管的制造。

所述发光层包括多层量子阱结构、双异质结结构、多层量子点结构或多层量子线，其厚度是50mm-200nm。

一种薄膜倒装光子晶体LED芯片制造方法，包括如下工艺步骤：

(1)具有光子晶体结构图形化衬底的制造；

(2)外延片制造；

(3)LED芯片的制造；

(4)基板的制造；

(5)LED芯片与基板倒装焊；

(6)剥离LED芯片上的图形化衬底。

所述具有光子晶体结构图形化衬底的制造方法：

A)首先，在衬底上沉积氮化硅、二氧化硅、镍中之一作为硬掩模层；

B)随后，采用纳米压印、激光干涉光刻纳米制造技术在硬掩模层之上的抗蚀剂上生成纳米孔或者纳米柱光子晶体结构；

C)接着，以抗蚀剂为掩模层，采用感应耦合等离子体刻蚀工艺，即ICP，将抗蚀剂上的图形转移到硬的掩模层；

D)然后以硬的掩模层为掩模，采用ICP将纳米图形转移到衬底之上；

E)最后，去除抗蚀剂和硬的掩模层，并清洗衬底，去除衬底表面的污物和氧化物，制造出包含光子晶体结构图形化衬底。

所述LED芯片的制造方法：

a)首先采用光刻、刻蚀、电子束蒸发的方法制造N型欧姆接触电极；