[发明专利]一种GaN基Micro-LED及其制备方法

说明书

本发明提供了一种GaN基Micro‑LED及其制备方法，所述Micro‑LED包括GaN基Micro‑LED芯片和Si衬底；所述芯片由下到上设有介质膜和n‑GaN层；所述n‑GaN层表面具有上台阶部和下台阶部；所述n‑GaN层的上台阶部依次设有MQW层、p‑GaN层和反射镜电极，所述n‑GaN层的下台阶部设有欧姆接触金属；所述GaN基Micro‑LED芯片通过In柱阵列倒装焊接在Si衬底上。上述GaN基Micro‑LED具有垂直方向的谐振微腔结构，发光半高宽窄、发光方向性好、发光速度快；Micro‑LED由GaN基材料组成，芯片厚度经减薄后，光提取效率得到提高、体积更小、集成度更高。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种集成CMOS倒装焊垂直微腔GaN基Micro-LED及其制备方法。

背景技术

Micro-LED在显示和可见光通讯中具有重要的应用。显示产业是信息时代先导性产业，每年产值超过千亿美元，发光二极管(LED)以节能、高效、耐用、无汞等无以替代的优势已逐渐成为显示照明领域的主流。因具有超高解析度、高亮度、超省电及反应速度快等优秀特性，Micro-LED被认为是继TFT-LCD和AMOLED技术之后最具潜力的显示技术。Micro-LED显示中，减小像素单元的尺寸来提高显示精度和分辨率。LED类似朗伯光源，其出光角度较大。Trace-Pro软件模拟所得芯片厚度为10μm，尺寸为50μm时，侧壁出光比例达15％。可见随着Micro-LED像素单元尺寸的缩小，其侧壁面积占比也将随尺寸减小而增大，导致侧壁出光增大而不可忽视，导致相邻像素单元的“cross talk”效应变得显著，极大降低Micro-LED显示的性能，如对比度、清晰度。目前Micro-LED显示方面研究更多关注巨量转移等关键工艺技术，而对上述“cross talk”问题缺乏研究。台湾交通大学郭浩中教授等利用光刻等工艺，在每个Micro-LED像素四周制作“围坝”，吸收侧壁和部分斜出射光，用以降低相邻像素“cross talk”效应。但是此方法增加了工序步骤，且围坝本身作为像素的一部分，限制了整体像素尺寸的进一步缩小。另外，常规Micro-LED的发光半高宽较宽，达20nm，这限制了基于Micro-LED显示阈值等性能。

另外，基于Micro-LED的可见光通信具有可见光资源可取，可见光可用频带带宽宽，安全性强(有遮挡则无信号)等特点，在智能互联社会具有诸多应用前景。但是基于GaN基的Micro-LED，由于其MQW(量子阱)的压电极化效应，导致发光速率很慢，这极大限制了Micro-LED作为可见光通信光源的带宽。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种GaN基Micro-LED及其制备方法，其目的是为了提高Micro-LED正面出光方向性、发光速度和光提取效率，减小Micro-LED的体积，提高集成度。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种GaN基Micro-LED包括GaN基Micro-LED芯片和Si衬底；所述GaN基Micro-LED芯片由下到上包括介质膜和具有上台阶部和下台阶部的n-GaN层；还包括依次设置在n-GaN层上台阶部的MQW层、p-GaN层和反射镜电极，以及设置在n-GaN层下台阶部的欧姆接触金属；所述GaN基Micro-LED芯片通过In柱阵列倒装焊接在Si衬底上。

优选地，所述GaN基Micro-LED芯片的尺寸为10～1000μm。

优选地，所述In柱阵列由In薄膜经剥离工艺制作而成，所述In薄膜厚度为6～10μm。

优选地，所述Si衬底上设有CMOS电路和引出电极。

本发明还提供一种GaN基Micro-LED的制备方法，包括如下步骤：

(1)在衬底上依次生长u-GaN层、n-GaN层、MQW层和p-GaN层，得到LED外延材料；