本發明涉及半導體工藝及封裝領域，更具體地，涉及一種具有周期性微孔結構的gan-led倒裝結構及其制備方法。

背景技術：

led具有發光亮度高、工作時間長、體積小、無污染等優點，是新一代綠色環保光源。除了照明用途，基于led的可見光通信是下一代無線通信的重點。和射頻、毫米波和光波等無線通信對比，可見光通信具有以下優點：(1)頻譜資源豐富，具有100thz以上的帶寬空間。(2)可見光通信沒有電磁輻射，能在電磁輻射限制嚴格的場所使用。(3)以可見光作為載體，在建筑物內保密性好，無信息泄露風險。

目前商業化照明級led白光一般是通過在藍光led上涂覆黃色熒光粉(如：ce:yag)混光而成。由于黃色熒光粉的響應時間長，使led白光在可見光通信的-3db調制帶寬很低，只有幾mhz，如此低的帶寬嚴重限制了led在可見光高速通信中的發展。

因此找到一種高亮度和高調制帶寬的led方案是本領域的趨勢所在。目前一些研究機構用于提高led-3db調制帶寬的方法有：(1)加藍光濾波片濾掉響應慢的黃色熒光成分，但是這種方法嚴重降低了led的光輸出。(2)減少led的pn結面積。這種方法雖能有效提高調制帶寬，但是led的光輸出在μw量級，不適合照明用途。(3)在外延層面改變gan的生長晶向，減少led量子阱內的qcse現象，顯然這種方法復雜，成本高。

技術實現要素：

本發明為解決以上現有技術在提高led調制帶寬時會降低光輸出或成本過高的缺陷，提高了一種具有周期性微孔結構的gan-led倒裝結構，該結構通過在gan基led芯片的表面上周期性地開設有微孔來降低led量子阱內的量子限制斯托克效應，以此來提高其在可見光通信中的調制帶寬，

為實現以上發明目的，采用的技術方案是：

一種具有周期性微孔結構的gan-led倒裝結構，包括倒裝基板和gan基led芯片，其中gan基led芯片的表面上周期性地開設有微孔，gan基led芯片倒裝在倒裝基板上。

優選地，所述gan基led芯片包括藍寶石襯底和在藍寶石襯底上依次外延生長u-gan緩沖層、al-gan層、n-gan層、ingan/gan量子阱有源層、p-gan層；其中周期性的微孔通過感應耦合等離子體干法從p-gan層刻蝕到n-gan層；gan基led芯片表面的非微孔區域的p-gan層上沉積有歐姆接觸金屬層，歐姆接觸金屬層的表面上、微孔區域n-gan層的表面上沉積有絕緣層；所述非微孔區域的絕緣層經過腐蝕后開孔，在開孔的相應區域蒸鍍p-gan金屬接觸層；微孔區域的絕緣層經過腐蝕后開孔，在非微孔區域的絕緣層上蒸鍍n-gan金屬接觸層，并使n-gan層通過開孔與n-gan金屬接觸層連接；所述gan基led芯片倒裝設置在倒裝基板上時其p-gan金屬接觸層、n-gan金屬接觸通過微米級錫球與倒裝基板的正負極連接。

上述方案中，倒裝結構采用微米級錫球作為互聯層，將gan基led芯片和倒裝基板上的電極互連，實現了倒裝封裝。這種封裝方式無需打金線，減低了工藝成本，散熱性能好。同時倒裝封裝的出光面為藍寶石襯底，而正裝封裝的led結構其出光面為gan。由于藍寶石的折射率(n＝1.75)比gan的折射率(n＝2.45)低，根據snell定律，光的臨界角更大，能夠使更多的光逃逸出來，大大提高了led的出光效率。因此本發明提供的倒裝結構的光電性能和通信調制帶寬得到了大幅的提高。

優選地，所述倒裝基板為陶瓷基板。倒裝基板為陶瓷基板，能夠提高倒裝結構的散熱性能。

優選地，所述絕緣層為sio2絕緣層。

優選地，所述沉積的歐姆接觸金屬層包括ni金屬層和au金屬層，沉積的厚度分別為5nm和7nm。

優選地，所述通過boe來對絕緣層進行腐蝕開孔。

同時，本發明還提供了一種以上倒裝結構的制備方法，其具體方案如下：

s1.采用掩膜對gan基led芯片的表面進行mesa圖案化，通過感應耦合等離子體從p-gan層干法刻蝕到n-gan層；

s2.在gan基led芯片表面的非微孔區域的p-gan層上沉積歐姆接觸金屬層；

s3.在歐姆接觸金屬層的表面上、微孔區域n-gan層的表面上沉積絕緣層；

s4.采用掩膜刻蝕工藝，利用boe在非微孔區域的絕緣層上進行腐蝕開孔，然后在開孔的相應區域蒸鍍p-gan金屬接觸層；

s5.采用掩膜刻蝕工藝，利用boe在微孔區域的絕緣層進行腐蝕開孔，然后在非微孔區域的絕緣層上蒸鍍n-gan金屬接觸層，并使n-gan層通過開孔與n-gan金屬接觸層連接；

s6.將gan基led芯片倒裝設置在倒裝基板上，其p-gan金屬接觸層、n-gan金屬接觸通過微米級錫球與倒裝基板的正負極連接。

優選地，所述步驟s2沉積歐姆接觸金屬層后，對形成的歐姆接觸金屬層進行退火處理。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1)在gan基led芯片中設計有周期性微孔，能降低量子阱中的量子限制斯托克效應，大幅提高其在可見光通信中的調制帶寬。2)將芯片進行倒裝封裝，無需打金線，同時將折射率低的藍寶石面作為出光面，降低了led制作成本，簡化了封裝程序，同時大大提高了led的出光效率。3)倒裝基板為陶瓷基板，陶瓷基板具有優良的導熱性能，因此樣品的散熱性能好，大幅提高倒裝結構的光電性能。

附圖說明

圖1為藍寶石襯底、u-gan緩沖層、al-gan層、n-gan層、ingan/gan量子阱有源層、p-gan層的示意圖。

圖2為微孔的開設示意圖。

圖3為沉積歐姆接觸金屬層的示意圖。

圖4為沉積絕緣層的示意圖。

圖5為腐蝕開孔的示意圖。

圖6為蒸鍍n-gan金屬接觸層、蒸鍍p-gan金屬接觸層的示意圖。

圖7為倒裝基板的正負極和gan基led芯片的連接示意圖。

圖8為倒裝基板和gan基led芯片的連接示意圖。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的闡述。

附圖標記說明：

圖1中，101-藍寶石襯底、102-u-gan緩沖層、103-al-gan層、104-n-gan、105-ingan/gan量子阱有源層、106-p-gan層。

圖2中，201-周期性微孔。

圖3中，301-歐姆接觸ni金屬層、302-歐姆接觸au金屬層。

圖4中，401-絕緣sio2層。

圖5中，501-腐蝕sio2n極開孔、502-腐蝕sio2p極開孔。

圖6中，601-p-gan金屬接觸層、602-n-gan金屬接觸層。

圖7中，701-陶瓷基板、702-基板正極、703-led芯片正極、704-led芯片負極、705-基板負極。

圖8中，801-連接芯片和基板的微米級錫球。

實施例1

如圖1所示，本發明提供的gan基led芯片包括藍寶石襯底和在藍寶石襯底上依次外延生長u-gan緩沖層、al-gan層、n-gan層、ingan/gan量子阱有源層、p-gan層。

其中如圖2～8所示，其中周期性的微孔通過感應耦合等離子體干法從p-gan層刻蝕到n-gan層；gan基led芯片表面的非微孔區域的p-gan層上沉積有歐姆接觸金屬層，歐姆接觸金屬層的表面上、微孔區域n-gan層的表面上沉積有絕緣層；所述非微孔區域的絕緣層經過腐蝕后開孔，在開孔的相應區域蒸鍍p-gan金屬接觸層；微孔區域的絕緣層經過腐蝕后開孔，在非微孔區域的絕緣層上蒸鍍n-gan金屬接觸層，并使n-gan層通過開孔與n-gan金屬接觸層連接；所述gan基led芯片倒裝設置在倒裝基板上時其p-gan金屬接觸層、n-gan金屬接觸通過微米級錫球與倒裝基板的正負極連接。其中微孔的半徑為37.5um。

上述方案中，倒裝結構采用微米級錫球作為互聯層，將gan基led芯片和倒裝基板上的電極互連，實現了倒裝封裝。這種封裝方式無需打金線，減低了工藝成本，散熱性能好。同時倒裝封裝的出光面為藍寶石襯底，而正裝封裝的led結構其出光面為gan。由于藍寶石的折射率(n＝1.75)比gan的折射率(n＝2.45)低，根據snell定律，光的臨界角更大，能夠使更多的光逃逸出來，大大提高了led的出光效率。因此本發明提供的倒裝結構的光電性能和通信調制帶寬得到了大幅的提高。

本實施例中，所述倒裝基板為陶瓷基板。倒裝基板為陶瓷基板，能夠提高倒裝結構的散熱性能。所述絕緣層為sio2絕緣層。所述沉積的歐姆接觸金屬層包括ni金屬層和au金屬層，沉積的厚度分別為5nm和7nm。所述沉積的歐姆接觸金屬層包括ni金屬層和au金屬層，沉積的厚度分別為5nm和7nm。所述通過boe來對絕緣層進行腐蝕開孔。

實施例2

本實施例提供了一種實施例1倒裝結構的制備方法，其具體的方案如下：

s1.采用掩膜對gan基led芯片的表面進行mesa圖案化，通過感應耦合等離子體干法從p-gan層刻蝕到n-gan層；如圖2所示；

s2.在gan基led芯片表面的非微孔區域的p-gan層上沉積歐姆接觸金屬層；如圖3所示；

s3.在歐姆接觸金屬層的表面上、微孔區域n-gan層的表面上沉積絕緣層；如圖4所示；

s4.采用掩膜刻蝕工藝，利用boe在非微孔區域的絕緣層上進行腐蝕開孔，然后在開孔的相應區域蒸鍍p-gan金屬接觸層；如圖5、6所示；

s5.采用掩膜刻蝕工藝，利用boe在微孔區域的絕緣層進行腐蝕開孔，然后在非微孔區域的絕緣層上蒸鍍n-gan金屬接觸層，并使n-gan層通過開孔與n-gan金屬接觸層連接；如圖5、6所示；

s6.將gan基led芯片倒裝設置在倒裝基板上，其p-gan金屬接觸層、n-gan金屬接觸通過微米級錫球與倒裝基板的正負極連接。如圖7、8所示。

顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護范圍之內。