CN100407457C - 氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片 - Google Patents
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Abstract
一种氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片，利用蓝宝石做衬底，在其上生长多层GaInN/AlGaN/GaN量子阱结构，利用电子束蒸镀方法将透明导电层和P、N电极覆盖在台阶上，采用光刻技术制作出一种特殊的P电极和N电极横向结构，该结构使LED的电流均匀分布，强化LED的光发射功率、效率和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片，特别涉及以蓝宝石做衬底的氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片。
背景技术
GaN蓝绿发光LED是一种将电能高效率转化为光能(频谱：510-530nm，460-470nm)的发光器件，目前红、橙、黄发光LED的制造技术已经成熟，以GaN为代表的第三代半导体材料可发出蓝绿色光，弥补了颜色的空白；以GaN为代表的蓝绿发光二极管在半导体照明这一应用领域的优势已经突出显露出来，并成为这一领域的研究热点。
蓝光发光二极管具有体积小、冷光源、快速响应、高功率、长寿命、节电、节能等许多优点。但发光二极管若要获得高亮度，必须使电流分散良好，现有产品因为体积变小而导致电流集中，加大了接触电阻，导致热量过高、性能不够稳定、寿命相对短，生产率和产量无法提升，加大了产品的生产成本等缺陷。
中国专利ZL001313223(《氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制造方法》)对制造方法进行了全面的改造，但却不能够彻底上述产品的不足，无法真正实现小体积、高亮度、高功率的蓝绿发光二极管芯片。
其它在先申请中也未见类似技术的阐述。
发明内容
本发明涉及的氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片，通过对已有产品的纵向结构的调整与横向结构的改进，特别是横向版图结构的发明，使得发光二极管芯片的电流扩散均匀，没有电流集中现象发生，大大降低接触电阻，增加器件的可靠性，寿命明显提高，亮度高，功率大，可靠性好，提高发光效率。
本发明氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片是以蓝宝石做衬底(101)，该衬底具有上表面和下表面，在其上表面上采用MOCVD方法生长出一系列的氮化镓结构，即生长多层GaInN/AlGaN/GaN量子阱结构；再利用电子束蒸镀方法将透明导电层和P、N电极覆盖在台阶上。氮化镓结构纵向由下至上依次为氮化镓缓冲层(102)、氮化镓衬底替代层(103)、N型氮化镓层(104)、有源层(106)、铝镓氮(AlGaN)层(107)、P型氮化镓层(108)、重掺杂P+型氮化镓(109)、透明电极层(110)、钝化层(111)。在钝化层和透明电极层用光刻法刻蚀表面并形成P电极窗口，在该窗口蒸镀P电极，在P电极的周围刻蚀出台阶，台阶高度低于有源层(106)的高度。在N型氮化镓层上蒸镀N电极层(105)，N型氮化镓层(104)是硅(Si)掺杂的氮化镓层；有源层(106)是硅(Si)掺杂的镓铟氮(GaInN)层和氮化镓交叠层；铝镓氮(AlGaN)层(107)是铬(Mg)掺杂的P型铝镓氮(AlGaN)层，P型氮化镓层(108)是铬掺杂的P型氮化镓层，重掺杂P+型氮化镓(109)是铬重掺杂的P+层氮化镓层，透明电极层(110)是氧化镍金(NiO/Au)层，钝化层(111)是二氧化硅(SiO2)，P电极层(112)的材质是钛金(Ti/Au)，N电极(105)的材质是钛镍铝金(Ti/Ni/Al/Au)。
本发明氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片利用光刻技术制作出特殊的横向结构：
P电极的横向结构为T形与圆形所覆盖面积的组合(201)，其中圆形直径在80um-130um之间，T形条的宽度为10um-30um。T形的两臂长度相等，臂长为200um-500um，T形的竖线长100um-300um。
透明电极层横向形状为矩形减去一个3/4圆角(202)，矩形长为340um-740um之间，宽为340um-740um之间.3/4园的直径约为80-130um。
N电极横向形状为封闭矩形环条所占面积，再加一个3/4圆所占面积，环条宽为10um-30um之间.3/4圆的直径约为80-130um；其中N电极横向所占面积和其包围的面积之和形成一矩形，该矩形长450um-750um之间，矩形宽为450um-750um之间。
其中P电极横向形状圆心的位置要与N极电极横向结构中的3/4圆圆心的位置同在矩形对角线上，并且各自占据一个角，P电极与N电极之间的最远距离不大于250um。
其中P电极横向形状中的T形的横线与竖线的交接点与N极电极横向结构中的3/4圆的圆心距离为180u m-420um。
其中P电极横向形状中的T形的竖线要在P电极的圆心与N极电极3/4圆心的连线上。
本发明提供了一种环绕形N电极结构，这种结构改善LED的电流分布，提高可靠性，P电极的分布及它与N电极的分布关系是非常重要的，这是保证LED高功率，高亮度的关键。
附图说明
图1为氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片的纵向结构，其中
101蓝宝石衬底
102氮化镓缓冲层
103氮化镓衬底替代层
104N型氮化镓层
105N电极层
106有源层
107铝镓氮层
108P型氮化镓层
109重掺杂P+型氮化镓
110透明电极层
111钝化层
112P电极层
图2为氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片的横向结构，其中
201P电极
202透明电极
203N电极
具体实施方式
实施例1：
参照附图1，附图2的结构，本发明的实施方式为：
本发明中氮化镓系列蓝绿光LED的纵向结构：
在蓝宝石衬底(101)上表面采用MOCVD的方法依次生长出氮化镓缓冲层(102)，在缓冲层上面是氮化镓衬底替代层(103)，在替代层上面是N型氮化镓层(104)，在N型氮化镓层上面是有源层(106)，在有源层上面是铝镓氮(AlGaN)层(107)，在铝镓氮层上是P型氮化镓层(108)，在P型氮化镓层(108)上是重掺杂P+型氮化镓(109)。在重掺杂P+型氮化镓上面是透明电极层(110)，在透明电极层上面是钝化层(111)；在钝化层和透明电极层层用光刻法刻蚀表面并形成P电极窗口。在该窗口蒸镀P电极.在P电极的周围刻蚀出台阶，干法刻蚀在P电极的周围刻蚀出台阶，台阶高度低于有源层(106)的高度，在台阶上蒸镀N电极层(105)；N型氮化镓层(104)是硅(Si)掺杂的氮化镓层，有源层(106)是硅(Si)掺杂的镓铟氮(GaInN)层和氮化镓交叠层，铝镓氮(AlGaN)层(107)是铬(Mg)掺杂的P型铝镓氮(AlGaN)层，P型氮化镓层(108)是铬掺杂的P型氮化镓层，重掺杂P+型氮化镓(109)是铬重掺杂的P+层氮化镓层，采用蒸镀方法在重掺杂P+型氮化镓上面覆盖透明电极层(110)和钝化层(111)；
透明电极层(110)是氧化镍金(NiO/Au)层，钝化层(111)是二氧化硅(SiO2)，P电极层(112)是钛金(Ti/Au)，N电极(105)的材质是钛镍铝金(Ti/Ni/Al/Au).
用光刻法刻蚀透明电极层(110)和钝化层(111)并形成P电极窗口。在该窗口蒸镀P电极；
氮化镓系列蓝绿光LED的横向结构：
P电极的横向结构为T形与圆形所覆盖面积的组合(201)，圆形直径110um，T形条的宽度15um.T形的两臂长度相等，臂长为290nm，T形的竖线长140um；
透明电极层横向形状为矩形减去一个3/4圆角(202)，矩形长为400um，矩形宽为400um；3/4园的直径为110um；
N电极横向形状为封闭矩形环条所占面积，再加一个3/4圆所占面积，环条宽为15um.3/4园的直径约为110um；其中N电极横向所占面积和其包围的面积之和，形成一矩形，该矩形长480um，矩形宽为480um。
其中P电极横向形状的圆心位置要与N极电极横向结构中的3/4园园心的位置同在矩形对角线上，并且各自占据一个角。P电极与N电极之间的最远距离不大于250um.
其中P电极横向形状中的T形的横线与竖线的交接点与N极电极横向结构中的3/4园的圆心距离约为240um。
其中P电极横向形状中的T形的竖线要在P电极的圆心与N极电极3/4园心的连线上。
Claims (7)
1.氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片，由下至上依次为蓝宝石衬底(101)、氮化镓缓冲层(102)、氮化镓衬底替代层(103)、N型氮化镓层(104)、N电极层(105)、有源层(106)、铝镓氮层(107)、P型氮化镓层(108)、重掺杂P+型氮化镓(109)、透明电极层(110)、钝化层(111)、P电极层(112)；
其特征在于发光二极管芯片的横向结构为：P电极的横向形状为T形与圆形所覆盖面积的组合(201)；透明电极层的横向形状为矩形减去一个3/4圆角(202)；N电极横向形状为封闭矩形环条所占面积，再加一个3/4圆所占面积。
2.根据权利要求1所述的氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片，其特征在于所述的P电极横向形状中的圆形直径为80μm～130μm，T形条宽度为10μm～30μm，且两臂长度相等，臂长为200μm～500μm，T形的竖线长为100μm～300μm。
3.根据权利要求1所述的氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片，其特征在于所述的透明电极层形状中的矩形长为340μm～740μm，宽为340μm～740μm，3/4圆的直径为80μm～130μm。
4.根据权利要求1所述的氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片，其特征在于所述的N电极横向形状中封闭矩形环条宽为10 μ m～30 μ m，3/4圆的直径为80～130 μ m，此封闭矩形长为450 μ m～750μm，宽为450 μ m～750 μ m。
5.根据权利要求1所述的氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片，其特征在于所述的P电极横向形状圆心的位置与N电极横向形状中的3/4圆圆心的位置同在矩形对角线上，并且各自占据一个角，P电极与N电极的距离不大于250 μ m。
6.根据权利要求1所述的氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片，其特征在于所述的P电极横向形状中的T形的横线与竖线的交接点与N电极横向结构中的3/4圆的圆心距离为180μm～420μm。
7.根据权利要求1所述的氮化镓基高亮度高功率蓝绿发光二极管芯片，其特征在于所述的P电极横向形状中的T形的竖线在P电极的圆心与N电极3/4圆心的连线上。
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