用于倒裝led芯片的外延片結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于半導體光電芯片制造領域，特別涉及一種用于倒裝LED芯片的外延片結構。
【背景技術】
[0002]GaN基LED自從20世紀90年代初商業化以來，經過二十幾年的發展，其結構已趨于成熟和完善，已能夠滿足人們現階段對燈具裝飾的需求；但要完全取代傳統光源進入照明領域，尤其是高端照明領域，發光亮度的提高卻是LED行業科研工作者永無止境的追求。近年來，在提高LED發光亮度方面最活躍的技術無疑是圖形化襯底技術，圖形化襯底技術不僅通過減少晶格缺陷(或晶格適配)而提高了 LED外延的晶體質量，從而大大提高了其內量子效率；而且通過增加界面(外延層與襯底的界面)處的散射或漫反射作用而提高了LED芯片光萃取效率(或者說提高了 LED芯片的外量子效率)。自從2010年以來，無論是錐狀結構的干法圖形化襯底技術還是金字塔形狀的濕法圖形化襯底技術都得到了飛速的發展，其工藝已經非常成熟，并于2012年完全取代了平襯底，成為LED芯片的主流襯底，使LED的晶體結構和發光亮度都得到了革命性的提高；已經能夠部分取代傳統光源進入相關領域，例如顯示領域、低端照明領域等。
[0003]為了應對LED高發光亮度的挑戰，進入高端照明領域，LED行業的科研工作者提出了高壓LED芯片、垂直LED芯片和倒裝LED芯片等結構。
[0004]高壓LED芯片結構一般是在外延層形成后，通過光刻刻蝕工藝形成隔離槽，再在隔離槽內填充絕緣材料，最后在各絕緣分離的外延層上制作電極并形成串聯結構；雖然這種結構可以提高LED的發光亮度，但形成隔離槽、填充絕緣材料的工藝過程卻大大增加了芯片的制造成本，不僅如此，在一定程度上還降低了 LED芯片的可靠性，例如由于現有刻蝕均勻性達不到要求而導致的深槽刻蝕不干凈，會最終導致漏電，降低LED芯片的抗擊穿能力等。
[0005]垂直LED芯片結構雖然不需要刻蝕N區材料，在一定程度上降低了 LED的一部分生產成本，且適于大電流的注入，可以進一步提高LED芯片的發光亮度，但是，和高壓芯片一樣，垂直結構的LED也需要形成隔離槽，這又大大提高了 LED的生產成本，不僅如此，垂直結構的芯片還需要剝離掉生長襯底，這又再一次提高了 LED芯片的生產成本，降低了 LED芯片的良率和可靠性。
[0006]倒裝LED芯片結構是將正裝芯片倒裝焊接于一導電導熱性能良好的基板上，使得發熱比較集中的發光外延層更接近于散熱熱塵，使大部分熱量通過基板導出，而不是從散熱不良的藍寶石生長襯底導出，這在一定程度上緩解了 LED芯片的散熱問題，提高了 LED芯片的可靠性；并且，在LED芯片面積確定的情況下，與其它結構的LED芯片相比，倒裝結構的LED芯片的發光面積更大，所以在面對高端照明領域高發光亮度需求的挑戰時更具優勢；然而倒裝LED芯片結構是在N面出光的，由于藍寶石的折射率低于氮化鎵的折射率，所以外延層射出來的光會在藍寶石和襯底界面上發生反射，導致較多的光不能發射出來，尤其是目前應用于LED芯片結構中主流的圖形化襯底又具有散射和漫反射作用，更容易導致較多的光不能發射出來，減少了出光效率；但是如果不采用圖形化襯底技術，LED芯片的內量子效率就不能充分發揮。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型針對上述問題提供一種用于倒裝LED芯片的外延片結構，既能提高倒裝LED芯片的晶體質量(即內量子效率)，又能減少從外延層射向襯底的光的反射，增加其透射，提高倒裝LED芯片的出光效率(即外量子效率)。
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型提供一種用于倒裝LED芯片的外延片結構，包括依次形成的支撐襯底、晶格匹配層、具有周期性排列的柱狀結構的連通介質層、N型半導體層、有源層以及P型半導體層，所述具有周期性排列的柱狀結構的連通介質層暴露出部分所述晶格匹配層，所述N型半導體層覆蓋所述具有周期性排列的柱狀結構的連通介質層以及所述晶格匹配層，所述晶格匹配層的晶體結構與所述N型半導體層的晶體結構相同。
[0009]進一步的，所述的用于倒裝LED芯片的外延片結構中，所述N型半導體層為摻硅的氮化鎵薄膜，所述晶格匹配層為氮化鎵薄膜或者氮化鋁薄膜。所述支撐襯底為表面平坦的藍寶石襯底。所述具有周期性排列的柱狀結構的連通介質層為二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅薄膜。
[0010]進一步的，所述的用于倒裝LED芯片的外延片結構中，所述柱狀結構是柱狀空洞，通過所述柱狀空洞暴露部分所述晶格匹配層。
[0011]進一步的，所述的用于倒裝LED芯片的外延片結構中，所述柱狀結構為圓柱形空洞、橢圓柱形空洞或多棱柱狀空洞。更進一步的，所述柱狀結構為六棱柱狀空洞。
[0012]進一步的，所述的用于倒裝LED芯片的外延片結構中，所述的用于倒裝LED芯片的外延片結構中，所述柱狀結構是柱狀凸起，通過所述柱狀凸起之間的空隙暴露部分所述晶格匹配層。
[0013]進一步的，所述的用于倒裝LED芯片的外延片結構中，所述柱狀結構為圓柱形凸起、橢圓柱形凸起或多棱柱狀凸起。更進一步的，所述柱狀結構為六棱柱狀凸起。
[0014]在本實用新型提供的用于倒裝LED芯片的外延片結構中，位于晶格匹配層上的連通介質層具有周期性排列的柱狀結構，由于連通介質層并非是平坦表面，有利于提高形成于連通介質層上的外延層的晶體質量，進而提高倒裝LED芯片的內量子效率；并且，所述柱狀結構的側面垂直于支撐襯底的表面，不會發生光散射或漫反射，能夠減少從外延層射向支撐襯底的光的反射，增加其透射，提高倒裝LED芯片的出光效率，即提高倒裝LED芯片的外量子效率；此外，所述晶格匹配層的晶體結構與所述N型半導體層的晶體結構相同，例如所述晶格匹配層選為氮化鎵薄膜或者氮化鋁薄膜，采用上述與N型半導體層的晶體結構相同的材料可以獲得較佳的晶格匹配效果，減少位錯缺陷，進一步提高倒裝LED芯片的內量子效率。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型實施例一的用于倒裝LED芯片的外延片結構的剖面圖；
[0016]圖2是本實用新型實施例一的連通介質層的俯視圖；
[0017]圖3是本實用新型實施例二的用于倒裝LED芯片的外延片結構的剖面圖；
[0018]圖4是本實用新型實施例二的連通介質層的俯視圖；
[0019]圖5是本實用新型實施例三的連通介質層的俯視圖；
[0020]圖6是本實用新型實施例四的連通介質層的俯視圖；
[0021]圖7是本實用新型用于倒裝LED芯片的外延片結構制作方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖和具體實施例對本實用新型提出的用于倒裝LED芯片的外延片結構作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本實用新型的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。
[0023]實施例一
[0024]圖1是本實用新型實施例一的用于倒裝LED芯片的外延片結構的剖面圖，圖2是本實用新型實施例一的連通介質層的俯視圖；
[0025]如圖1和圖2所示，所述用于倒裝LED芯片的外延片結構包括依次形成的支撐襯底10、晶格匹配層11、具有周期性排列的柱狀結構12a的連通介質層12、N型半導體層13、有源層14以及P型半導體層15，所述晶格匹配層11形成于所述支撐襯底10上，所述連通介質層12形成于所述晶格匹配層11上并暴露出部分所述晶格匹配層11，所述N型半導體層13覆蓋所述連通介質層12以及所述晶格匹配層11，所述晶格匹配層11的晶體結構與所述N型半導體層13的晶體結構相同。
[0026]本實施例中，所述柱狀結構12a可以是柱狀空洞，通過所述柱狀空洞暴露所述晶格匹配層11。具體地說，所述柱狀結構12a為圓柱形空洞。當然，由于所述支撐襯底10為圓形襯底，所述支撐襯底10邊緣的柱狀結構12a可以是不完整的圓柱形空洞，本實用新型對柱狀結構12a的數量和排布方式不加限制，可根據實際布圖情況相應的調整。
[0027]所述支撐襯底10為表面平坦的藍寶石襯底。所述具有周期性排列的柱狀結構的連通介質層12的材料為二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，上述材料均為LED制作工藝中經常采用的材料，成本較低。