CN103346227B - 一种氮化镓基发光二极管芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种氮化镓基发光二极管芯片及其制备方法,涉及具有至少一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件,结构是:以氮化镓基发光二极管芯片业界常规生长好的LED外延结构的外延片为基片,该基片从下到上的构成分别为,蓝宝石衬底、GaN缓冲层、Si掺杂的n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源区和Mg掺杂的p型GaN层,再交替沉积1层~6层SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层,再复合金属Al膜构成反射电流阻挡层,最后配以氮化镓基发光二极管芯片业界常规的ITO透明导电层,解决了现有技术中p金属电极处的电流拥挤效应,克服了金属电极吸收光子导致LED芯片发光效率下降的问题。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及具有至少一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件,具体地说是一种氮化镓基发光二极管芯片及其制备方法。
背景技术
氮化镓基发光二极管芯片是实现全色显示平板的核心器件,其行业需求和技术发展趋势是芯片的大面积化、高发光效率和高输出明通量并降低成本。
目前氮化镓基发光二极管芯片主要采用金属有机化合物化学气相沉淀(以下简称为MOCVD)的方法在蓝宝石衬底上外延得到,其P型电极和N型电极在衬底的同一侧,不可避免地存在电流的横向扩展,由于电极处电阻分布不均匀,传统台面结构GaN基LED芯片存在着严重的电流拥挤效应。此外位于发光方向的p型GaN层一侧的金属电极(以下称为p金属电极)挡住了从有源区产生的光子,并吸收这部分光子最终转换成热,最终导致了LED芯片发光效率的下降。所以,金属电极处电阻分布不均匀导致的电流分布的不均匀、金属电极吸收光子引起的发光效率的下降,是导致目前GaN基LED芯片在大面积情况下电流分布不均、发光效率低的重要因素。
现有技术广泛采用的解决以上问题的方法是在金属电极下方的p型GaN层与透明电流扩展层之间插入SiO2或Si3N4作为电流阻挡层,利用电流阻挡层的绝缘特性,迫使电流不直接由金属电极向p型GaN层注入,而是经过透明导电层更均匀的扩散并向下注入到p型GaN层表面。这种方法只解决了p金属电极处的电流拥挤效应,而没有解决金属电极吸收光子导致LED芯片发光效率下降的问题。金属电极仍然会将射向金属电极的光子吸收,从而制约LED芯片的发光效率。所以,金属电极处电阻分布不均匀导致的电流分布的不均匀、金属电极吸收光子引起的发光效率的下降,仍是技术的瓶颈之一。
CN01812915.3公开了具有基于氮化镓的辐射外延层序列的发光二极管芯片及其制造方法,CN00131322.3公开了氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制造方法,CN200810055710.9公开了氮化镓基发光二极管芯片及其制作方法,这些现有技术没有考虑金属电极吸收光子导致LED芯片发光效率下降的问题及电流扩散问题,金属电极仍然会将射向金属电极的光子吸收,从而制约LED芯片的发光效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种氮化镓基发光二极管芯片及其制备方法,在氮化镓基发光二极管芯片中具有高阻抗和高光学反射率的反射电流阻挡层,既解决了现有技术中p金属电极处的电流拥挤效应,又克服了现有技术中金属电极吸收光子导致LED芯片发光效率下降的问题。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:一种氮化镓基发光二极管芯片,其结构是:以氮化镓基发光二极管芯片业界常规生长好的LED外延结构的外延片为基片,该基片从下到上的构成分别为,蓝宝石衬底、GaN缓冲层、Si掺杂的n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源区和Mg掺杂的p型GaN层,在上述基片的Mg掺杂的p型GaN层上,交替沉积1层~6层SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层,每一SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层的厚度满足d1=λ0/4n1,d2=λ0/4n2,其中d1为SiO2的厚度,n1为SiO2的折射率,d2为TiO2的厚度,n2为TiO2的折射率,λ0为入射光中心波长,在上述SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构上再复合金属Al膜构成反射电流阻挡层,在该反射电流阻挡层上配以氮化镓基发光二极管芯片业界常规的ITO透明导电层。
上述一种氮化镓基发光二极管芯片,所述入射光中心波长λ0取300nm~1100nm,当SiO2膜材料折射率设为n1=1.46和TiO2膜材料的折射率设为n2=2.4时,相应每一SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层的厚度分别为,SiO2的厚度d1=51nm~187.1nm和TiO2的厚度d2=30.3nm~111.0nm。
上述一种氮化镓基发光二极管芯片,所述入射光中心波长λ0取蓝光波段455nm,SiO2膜材料的折射率设为n1=1.46和TiO2膜材料的折射率设为n2=2.4时,相应每一SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层的厚度分别为,SiO2的厚度d1=77.4nm和TiO2的厚度d2=45.9nm。
上述一种氮化镓基发光二极管芯片,所述在SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构上再复合金属Al膜构成反射电流阻挡层,采用1.5对SiO2/TiO2分布式布拉格反射结构再复合一层金属Al膜构成反射电流阻挡层结构。
上述一种氮化镓基发光二极管芯片的制备方法,步骤如下:
第一步,基片构成和处理
在2寸蓝宝石衬底上用MOCVD生长好LED外延结构的外延片为基片,该基片从下到上的构成分别为,蓝宝石衬底、GaN缓冲层、Si掺杂的n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源区和Mg掺杂的p型GaN层,将上述基片在700℃N2氛围的快速退火炉中进行热处理工艺60s,以激活p型GaN层中的Mg,将此处理得到的基片依次在丙酮和异丙醇中浸泡后用去离子水冲水,至去除表面有机污染物,再将其放入HCl溶液中浸泡后用去离子水冲水,最后烘干,至将表面附着的金属离子去除干净;
第二步,第一次光刻掩膜版的制备、第一次曝光显影和等离子刻蚀
将第一步处理得到的基片涂覆正胶形成掩膜版,再将该掩膜版进行第一次光刻,即曝光后显影,进行去胶工艺,使反射电流阻挡层区域的胶被去掉,其余未曝光部分的胶被保留下来,形成要刻的图形,同时采用反应离子刻蚀与感应耦合等离子刻蚀方法进行等离子刻蚀,以形成要生长反射电流阻挡层的窗口;
第三步,淀积多层薄膜结构
在第二步制得的第一次光刻掩膜版制品上,采用电子束蒸发淀积SiO2/TiO2并复合Al膜的多层薄膜结构,所得到的该SiO2/TiO2+Al多层薄膜的结构具体为,在Mg掺杂的p型GaN层之上,依次为77.4nm厚的SiO2、45.9nm厚的TiO2、77.4nm厚的SiO2和100nm厚的Al;
第四步,第二次光刻掩膜版的制备和第二次曝光显影
将第三步得到的制品涂覆负胶,并覆盖成掩膜板,反射电流阻挡层区域为掩膜板中的曝光区,该曝光区经曝光后显影,其中反射电流阻挡层区域上面覆盖的胶被保留下来,其余部分的胶经显影被去掉,从而反射电流阻挡层区域之外的SiO2/TiO2+Al多层薄膜形成了要腐蚀的图形;再用HF酸对反射电流阻挡层区域之外的SiO2/TiO2+Al多层薄膜进行湿法腐蚀去除,反射电流阻挡层区域的SiO2/TiO2+Al多层薄膜因有胶存在而得到保留,经过对反射电流阻挡层区域的SiO2/TiO2+Al多层薄膜上的胶剥离和去除,从而得到了具有SiO2/TiO2+Al反射电流阻挡层的外延片,由此完成氮化镓基发光二极管芯片的关键部件反射电流阻挡层的制备;
第五步,氮化镓基发光二极管芯片产品的制备
对第四步得到的制品,进行在反射电流阻挡层上配以氮化镓基发光二极管芯片业界常规的ITO透明导电层、刻蚀台面、制备金属电极、淀积SiO2保护层和研磨工艺,最终制得具有以氮化镓基发光二极管芯片业界常规生长好的LED外延结构的外延片为基片,该基片从下到上的构成分别为,蓝宝石衬底、GaN缓冲层、Si掺杂的n型GaN层、10周期的InGaN/GaN多量子阱有源区和Mg掺杂的p型GaN层,在上述基片的p型GaN层上,交替沉积1层~6层SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层,每一SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层的厚度满足d1=λ0/4n1,d2=λ0/4n2,其中d1为SiO2的厚度,n1为SiO2的折射率,d2为TiO2的厚度,n2为TiO2的折射率,λ0为入射光中心波长,在上述SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构上再复合金属Al膜构成反射电流阻挡层,在该反射电流阻挡层上配以氮化镓基发光二极管芯片业界常规的ITO透明导电层的结构的一种氮化镓基发光二极管芯片产品。
上述一种氮化镓基发光二极管芯片的制备方法,其中所涉及的原材料均通过商购获得,其制备操作工艺是本技术领域的技术人员所能掌握的。
本发明的有益效果是:与现有技术相比,本发明突出的实质性特点是:在本发明一种氮化镓基发光二极管芯片中具有一种阻抗值大于1011Ω.cm的高阻抗和光学反射率值大于97%高光学反射率的反射电流阻挡层,是一种采用绝缘介质的和具有分布式布拉格反射复合结构,通过该反射电流阻挡层的高阻特性,即绝缘特性,实现了p金属电极附近的电流扩展,从而解决了p金属电极处的电流拥挤效应,又解决了金属电极吸收光子导致LED芯片发光效率下降的问题,进而延长GaN基LED器件寿命。
与现有技术相比,本发明的显著进步是:本发明一种氮化镓基发光二极管芯片,通过反射电流阻挡层在蓝光区域具有较高的反射率,将LED芯片的有源区射向金属电极的光子再次反射回有源区,减少了金属电极对光子的吸收,从而实现了发光效率的增加。利用金属Al膜在较大波长范围内的高反射率,可以减少分布式布拉格反射结构的周期数,简化工艺步骤并降低成本。1.5对SiO2/TiO2DBR+Al的反射电流阻挡层不仅结构简单而且在蓝光区域的反射率在97%以上,足以满足氮化镓基LED器件的实际需求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明采用的LED外延结构的外延片的初始结构的侧视示意图。
图2为本发明的初始结构的LED外延结构的外延片涂覆正胶层之后的侧视示意图。
图3为本发明的制备方法中第一次光刻的掩膜版图形的俯视示意图。
图4为本发明的制备方法中经第一次曝光显影后外延片上的光刻胶层图形侧视示意图。
图5为本发明的制备方法中同时采用反应离子刻蚀与感应耦合等离子刻蚀后的制品的侧视示意图。
图6为本发明的制备方法中通过电子束蒸发得到的SiO2/TiO2+Al多层薄膜的结构示意图。
图7为发明的制备方法中第三步得到的制品涂覆负胶后的侧视示意图。
图8为本发明的制备方法中第二次光刻的掩膜版图形的俯视示意图。
图9为本发明的制备方法中经第二次曝光显影后外延片上的的光刻胶层图形侧视示意图。
图10为本发明的制备方法中所获得的具有SiO2/TiO2+Al反射电流阻挡层的外延片的侧视示意图。
图11为本发明的制备方法中最终制得具有以氮化镓基发光二极管芯片的侧视示意图。
图中,1.蓝宝石衬底,2.GaN缓冲层,3.Si掺杂的n型GaN层,4.InGaN/GaN多量子阱有源区,5.Mg掺杂的p型GaN层,6.光刻胶正胶层,7.第一次光刻的掩膜版透光区图形,8.显影后外延片上的光刻胶层,9.刻蚀完成后形成的窗口,10.SiO2/TiO2+Al多层薄膜,11.光刻胶负胶,12.第二次光刻的掩膜版透光区图形,13.第二次光刻显影后外延片上的光刻胶层,14.SiO2/TiO2+Al反射电流阻挡层,15.p金属电极,16.n金属电极,17.ITO层。
具体实施方式
图1所示实施例表明,本发明采用的LED外延结构的外延片的初始结构包括底层为蓝宝石衬底1,依次向上是GaN缓冲层2,Si掺杂的n型GaN层3,InGaN/GaN多量子阱有源区4,和最上层是Mg掺杂的p型GaN层5。
图2所示实施例表明,本发明的初始结构的LED外延结构的外延片涂覆的光刻胶正胶层6是涂覆在图1所示的初始的外延片的Mg掺杂的p型GaN层5之上,其余各层自下至上分别是底层为蓝宝石衬底1、GaN缓冲层2、Si掺杂的n型GaN层3和InGaN/GaN多量子阱有源区4。
图3所示实施例表明,本发明的制备方法中第一次光刻的掩膜版透光区图形7为方形区域,第一次光刻的掩膜版透光区图形7方形区域外面为掩膜版不透光的区域。
图4所示实施例表明,本发明的制备方法中经第一次曝光显影后掩膜版透光区的部分经过显影后被溶解,只留下掩膜版不透光的部分,形成显影后外延片上的光刻胶层8,光刻胶层8下面依次是Mg掺杂的p型GaN层5、InGaN/GaN多量子阱有源区4、Si掺杂的n型GaN层3、GaN缓冲层2和蓝宝石衬底1。
图5所示实施例表明,本发明的制备方法中同时采用反应离子刻蚀与感应耦合等离子刻蚀完成后,显影后外延片上的光刻胶层8的透光区位置下方的外延片的Mg掺杂的p型GaN层5形成一个下陷的方形区域窗口9,Mg掺杂的p型GaN层5之下依次是InGaN/GaN多量子阱有源区4、Si掺杂的n型GaN层3、GaN缓冲层2和蓝宝石衬底1。
图6所示实施例表明,本发明的制备方法中通过电子束蒸发得到SiO2/TiO2+Al多层薄膜10。SiO2/TiO2+Al多层薄膜10覆盖在外延片的Mg掺杂的p型GaN层5之上,同时也覆盖了下陷的方形区域窗口9,Mg掺杂的p型GaN层5之下依次是InGaN/GaN多量子阱有源区4、Si掺杂的n型GaN层3、GaN缓冲层2和蓝宝石衬底1。
图7所示实施例表明,本发明的制备方法中第三步得到的制品涂覆负胶后,光刻胶负胶11覆盖在整个SiO2/TiO2+Al多层薄膜10之上,SiO2/TiO2+Al多层薄膜10之下依次是Mg掺杂的p型GaN层5、InGaN/GaN多量子阱有源区4、Si掺杂的n型GaN层3、GaN缓冲层2和蓝宝石衬底1。
图8所示实施例表明,本发明的制备方法中第二次光刻的掩膜版透光区图形12为方形区域,第二次光刻的掩膜版透光区图形12方形区域外面为掩膜版不透光的区域。
图9所示实施例表明,本发明的制备方法中经第二次曝光显影后,与图8中显示的第二次光刻的掩膜版透光区图形12方形区域对应的第二次光刻显影后外延片上的光刻胶层13区域之外区域的负胶都被去除。第二次光刻显影后外延片上的光刻胶层13区域之内为光刻胶,第二次光刻显影后外延片上的光刻胶层13之外区域为SiO2/TiO2+Al多层薄膜10。SiO2/TiO2+Al多层薄膜10之下依次是Mg掺杂的p型GaN层5、InGaN/GaN多量子阱有源区4、Si掺杂的n型GaN层3、GaN缓冲层2和蓝宝石衬底1。
图10所示实施例表明,本发明的制备方法中经湿法腐蚀去除图9中显示的第二次光刻显影后外延片上的光刻胶层13区域之外的SiO2/TiO2+Al多层膜10,,并经过剥离、去胶工艺去除第二次光刻显影后外延片上的光刻胶层13上存在的光刻胶,得到最终的具有SiO2/TiO2+Al反射电流阻挡层14的外延片,该外延片依次由Mg掺杂的p型GaN层5、InGaN/GaN多量子阱有源区4、Si掺杂的n型GaN层3、GaN缓冲层2和蓝宝石衬底1构成。
图11所示实施例表明,本发明的制备方法中对具有反SiO2/TiO2+Al反射电流阻挡层14的外延片经过制备ITO透明导电层、刻蚀台面、制备金属电极、淀积SiO2保护层以及研磨工艺,最终制得具有以氮化镓基发光二极管芯片,其构成包括Mg掺杂的p型GaN层5、InGaN/GaN多量子阱有源区4、Si掺杂的n型GaN层3、GaN缓冲层2和蓝宝石衬底1、SiO2/TiO2+Al反射电流阻挡层14、p金属电极15、n金属电极16和ITO层17。
实施例
第一步,基片构成和处理
在2寸蓝宝石衬底上用MOCVD生长好LED外延结构的外延片为基片,该基片从下到上的构成分别为,蓝宝石衬底1、GaN缓冲层2、Si掺杂的n-GaN层3、InGaN/GaN多量子阱有源区4和Mg掺杂的p型GaN层5,将上述基片在700℃N2氛围的快速退火炉中进行热处理工艺60s,以激活Mg掺杂的p型GaN层5中的Mg,将此处理得到的基片依次在丙酮和异丙醇中浸泡后用去离子水冲水,至去除表面有机污染物,再将其放入HCl∶H2O=1∶5的溶液中浸泡5min,再用去离子水冲水5min,80℃热N2烘干10min,至将表面附着的金属离子去除干净;
第二步,第一次光刻掩膜版的制备、第一次曝光显影和等离子刻蚀
将第一步处理得到的基片涂覆正胶形成掩膜版,再将该掩膜版进行第一次光刻,即曝光后显影,进行去胶工艺,使反射电流阻挡层区域的胶被去掉,其余未曝光部分的胶被保留下来,形成要刻的图形,同时采用反应离子刻蚀与感应耦合等离子刻蚀方法进行等离子刻蚀,以形成要生长反射电流阻挡层的窗口,第二步制得的制品如图2、图3、图4和图5所示;反应离子刻蚀与感应耦合等离子刻蚀方法的具体操作是,气体采用SF6与O2的混合气体,气体流量比为SF6:O2=4:1,总流量为60sccm,反应室压力为0.798Pa,反应离子刻蚀的射频功率设定为150W,感应耦合等离子刻蚀的射频功率设定为1500W,刻蚀速率为0.6~0.7μm/min,刻蚀深度为300nm,刻蚀时间为30s,
第三步,淀积多层薄膜结构
在第二步制得的第一次光刻掩膜版制品上,采用电子束蒸发淀积SiO2/TiO2并复合Al膜的多层薄膜结构,所得到的该SiO2/TiO2+A多层薄膜10的结构具体为,在Mg掺杂的p型GaN层3之上,依次为77.4nm厚的SiO2、45.9nm厚的TiO2、77.4nm厚的SiO2和100nm厚的Al,表1列出了采用电子束蒸发淀积SiO2/TiO2+Al多层薄膜结构的工艺条件,第三步制得的制品如图6和图7所示;
表1采用电子束蒸发淀积SiO2/TiO2+Al多层薄膜结构的工艺条件
原料 | 设定厚度/A | 蒸发速率/A·S-1 | 功率/% | 真空度/Pa | 温度/℃ |
SiO2 | 774 | 2 | 7 | 4.2E-4 | 200 |
TiO2 | 459 | 2 | 11 | 1.0E-3 | 250 |
SiO2 | 774 | 2 | 7 | 2.3E-3 | 200 |
Al | 1000 | 3 | 40 | 1.6E-4 | 7 |
第四步,第二次光刻掩膜版的制备和第二次曝光显影
将第三步得到的制品涂覆负胶,并覆盖成掩膜板,反射电流阻挡层区域为掩膜板中的曝光区,该曝光区经曝光后显影,其中反射电流阻挡层区域上面覆盖的胶被保留下来,其余部分的胶经显影被去掉,从而反射电流阻挡层区域之外的SiO2/TiO2+Al多层薄膜10形成了要腐蚀的图形;再用HF酸对反射电流阻挡层区域之外的SiO2/TiO2+Al多层薄膜10进行湿法腐蚀去除,反射电流阻挡层区域的SiO2/TiO2+Al多层薄膜10因有胶存在而得到保留,经过对反射电流阻挡层区域的SiO2/TiO2+Al多层薄膜10上的胶剥离和去除,从而得到了具有SiO2/TiO2+Al反射电流阻挡层14的外延片,由此完成氮化镓基发光二极管芯片的关键部件反射电流阻挡层的制备,第四步制得的制品如图8、图9和图10所示,SiO2/TiO2+Al反射电流阻挡层14采用1.5对SiO2/TiO2DBR+Al多层薄膜结构,不仅结构简单而且在蓝光区域的反射率在97%以上,足以满足器件的实际需求;
第五步,氮化镓基发光二极管芯片产品的制备
对第四步得到的制品,进行在反射电流阻挡层14上配以氮化镓基发光二极管芯片业界常规的ITO透明导电层、刻蚀台面、制备金属电极、淀积SiO2保护层和研磨工艺,最终制得具有以氮化镓基发光二极管芯片业界常规生长好的LED外延结构的外延片为基片,该基片从下到上的构成分别为,蓝宝石衬底1、GaN缓冲层2、Si掺杂的Si掺杂的n型GaN层3、的InGaN/GaN多量子阱有源区4和Mg掺杂的p型GaN层5,在上述基片的Mg掺杂的p型GaN层5上,交替沉积1层~6层SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层,每一SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层的厚度满足d1=λ0/4n1,d2=λ0/4n2,其中d1为SiO2的厚度,n1为SiO2的折射率,d2为TiO2的厚度,n2为TiO2的折射率,λ0为入射光中心波长,在上述SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构上再复合金属Al膜构成反射电流阻挡层,在该反射电流阻挡层上配以氮化镓基发光二极管芯片业界常规的ITO透明导电层的结构的一种氮化镓基发光二极管芯片产品,该氮化镓基发光二极管芯片产品具有阻抗值大于1011Ω.cm的高阻抗和光学反射率值大于97%高光学反射率的反射电流阻挡层。
Claims (4)
1.一种氮化镓基发光二极管芯片的制备方法,其特征在于步骤如下:
第一步,基片构成和处理:
在2寸蓝宝石衬底上用MOCVD生长好LED外延结构的外延片为基片,该基片从下到上的构成分别为,蓝宝石衬底、GaN缓冲层、Si掺杂的n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源区和Mg掺杂的p型GaN层,将上述基片在700℃N2氛围的快速退火炉中进行热处理工艺60s,以激活p型GaN层中的Mg,将此处理得到的基片依次在丙酮和异丙醇中浸泡后用去离子水冲水,至去除表面有机污染物,再将其放入HCl溶液中浸泡后用去离子水冲水,最后烘干,至将表面附着的金属离子去除干净;
第二步,第一次光刻掩膜版的制备、第一次曝光显影和等离子刻蚀:
将第一步处理得到的基片涂覆正胶形成掩膜版,再将该掩膜版进行第一次光刻,即曝光后显影,进行去胶工艺,使反射电流阻挡层区域的胶被去掉,其余未曝光部分的胶被保留下来,形成要刻的图形,同时采用反应离子刻蚀与感应耦合等离子刻蚀方法进行等离子刻蚀,以形成要生长反射电流阻挡层的窗口;
第三步,淀积多层薄膜结构:
在第二步制得的第一次光刻掩膜版制品上,采用电子束蒸发淀积SiO2/TiO2并复合Al膜的多层薄膜结构,所得到的该SiO2/TiO2+Al多层薄膜的结构具体为,在Mg掺杂的p型GaN层之上,依次为77.4nm厚的SiO2、45.9nm厚的TiO2、77.4nm厚的SiO2和100nm厚的Al;
第四步,第二次光刻掩膜版的制备和第二次曝光显影:
将第三步得到的制品涂覆负胶,并覆盖成掩膜板,反射电流阻挡层区域为掩膜板中的曝光区,该曝光区经曝光后显影,其中反射电流阻挡层区域上面覆盖的胶被保留下来,其余部分的胶经显影被去掉,从而反射电流阻挡层区域之外的SiO2/TiO2+Al多层薄膜形成了要腐蚀的图形;再用HF酸对反射电流阻挡层区域之外的SiO2/TiO2+Al多层薄膜进行湿法腐蚀去除,反射电流阻挡层区域的SiO2/TiO2+Al多层薄膜因有胶存在而得到保留,经过对反射电流阻挡层区域的SiO2/TiO2+Al多层薄膜上的胶剥离和去除,从而得到了具有SiO2/TiO2+Al反射电流阻挡层的外延片,由此完成氮化镓基发光二极管芯片的关键部件反射电流阻挡层的制备;
第五步,氮化镓基发光二极管芯片产品的制备:
对第四步得到的制品,进行在反射电流阻挡层上配以氮化镓基发光二极管芯片业界常规的ITO透明导电层、刻蚀台面、制备金属电极、淀积SiO2保护层和研磨工艺,最终制得具有以氮化镓基发光二极管芯片业界常规生长好的LED外延结构的外延片为基片,该基片从下到上的构成分别为,蓝宝石衬底、GaN缓冲层、Si掺杂的n型GaN层、10周期的InGaN/GaN多量子阱有源区和Mg掺杂的p型GaN层,在上述基片的p型GaN层上,交替沉积1层~6层SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层,每一SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层的厚度满足d1=λ0/4n1,d2=λ0/4n2,其中d1为SiO2的厚度,n1为SiO2的折射率,d2为TiO2的厚度,n2为TiO2的折射率,λ0为入射光中心波长,在上述SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构上再复合金属Al膜构成反射电流阻挡层,在该反射电流阻挡层上配以氮化镓基发光二极管芯片业界常规的ITO透明导电层的结构的一种氮化镓基发光二极管芯片产品;
按照以上步骤制得的一种氮化镓基发光二极管芯片的结构为:以氮化镓基发光二极管芯片业界常规生长好的LED外延结构的外延片为基片,该基片从下到上的构成分别为,蓝宝石衬底、GaN缓冲层、Si掺杂的n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源区和Mg掺杂的p型GaN层,在上述基片的Mg掺杂的p型GaN层上,交替沉积1层~6层SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层,每一SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层的厚度满足d1=λ0/4n1,d2=λ0/4n2,其中d1为SiO2的厚度,n1为SiO2的折射率,d2为TiO2的厚度,n2为TiO2的折射率,λ0为入射光中心波长,在上述SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构上再复合金属Al膜构成反射电流阻挡层,在该反射电流阻挡层上配以氮化镓基发光二极管芯片业界常规的ITO透明导电层。
2.根据权利要求1所述一种氮化镓基发光二极管芯片的制备方法,其特征在于:所述第五步中的入射光中心波长λ0取300nm~1100nm,当SiO2膜材料折射率设为n1=1.46和TiO2膜材料的折射率设为n2=2.4时,相应每一SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层的厚度分别为,SiO2的厚度d1=51nm~187.1nm和TiO2的厚度d2=30.3nm~111.0nm。
3.根据权利要求1所述一种氮化镓基发光二极管芯片的制备方法,其特征在于:所述第五步中的入射光中心波长λ0取蓝光波段455nm,SiO2膜材料的折射率设为n1=1.46和TiO2膜材料的折射率设为n2=2.4时,相应每一SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构层的厚度分别为,SiO2d=77.4nm和TiO2d=45.9nm。
4.根据权利要求1所述一种氮化镓基发光二极管芯片的制备方法,其特征在于:所述第五步中的在SiO2/TiO2的分布式布拉格反射结构上再复合金属Al膜构成反射电流阻挡层,采用1.5对SiO2/TiO2分布式布拉格反射结构再复合一层金属Al膜构成反射电流阻挡层结构。
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