CN201060874Y - 功率型氮化镓基发光二极管芯片 - Google Patents

功率型氮化镓基发光二极管芯片 Download PDF

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李艳玲
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Abstract

本实用新型属于半导体芯片结构技术领域，涉及一种功率型氮化镓基发光二极管芯片，包括蓝宝石衬底、依次制作在其正面的N型氮化镓层、多量子阱、P型氮化镓层，其特征在于，所述蓝宝石衬底的背面刻有削顶的周期性三角倒金字塔微结构；P型氮化镓层的表面腐蚀有具有六角倒金字塔凹陷的微小绒面，并制作有5～50nm接触电极Ni/Au和600～2000nm反射金属Ag，在Ag反射金属上制作有Ni/Au P型电极；在N型氮化镓层上制作有Ti/Al/Ni/Au N型电极。本实用新型克服了p－GaN与空气界面对光的全内反射，增强光从芯片背面的出射几率。

Description

功率型氮化镓基发光二极管芯片
技术领域
本实用新型涉及一种功率型氮化镓基发光二极管芯片，属于半导体芯片结构领域。
背景技术
功率型氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)芯片是半导体照明的基础，由于GaN与空气的折射率相差较大，光在GaN--空气界面处极易发生全内反射，导致正面发光的LED出光效率较低。提高GaN基发光二极管芯片出光效率的方法主要有：金属反射层，全方向反射镜，图形化衬底，光子晶体，p-GaN表面绒面处理，倒装等。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种简单易行的增强功率型GaN基发光二极管芯片出光效率的芯片结构，克服p-GaN与空气界面对光的全内反射，增强光从芯片背面的出射几率。
为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种功率型氮化镓基发光二极管芯片，包括蓝宝石衬底、依次制作在其正面的N型氮化镓层、多量子阱、P型氮化镓层，其特征在于，所述蓝宝石衬底的背面刻有削顶的周期性三角倒金字塔微结构；P型氮化镓层的表面腐蚀有具有六角倒金字塔凹陷的微小绒面，并制作有5～50nm Ni/Au接触电极和600～2000nm Ag反射金属，在Ag反射金属层上制作有Ni/Au P型电极；在N型氮化镓层上制作有Ti/Al/Ni/Au N型电极。
本实用新型的功率型氮化镓基发光二极管芯片，周期性三角倒金字塔结构的周期最好在10～14μm之间，间隙最好在4～6μm之间，凹陷深度最好在1～2μm之间。P型电极可以是Ni/Au P型电极。N型电极可以是Ti/Al/Ni/Au N型电极。
本实用新型的有益效果是针对提高功率型GaN基发光二极管出光效率的要求，采用湿法腐蚀工艺获得具有周期性微结构的蓝宝石衬底，该结构对于增大出光面面积具有显著效果，同时这种凸凹起伏的表面结构改变了光在蓝宝石/空气界面处的传播方向，光子逸出器件的几率提高，从而使光输出效率有所提高。另一方面，以湿法选择性腐蚀形成p-GaN绒面，其上再蒸发淀积Ni/Au透明接触电极和Ag反射金属，在增大P型接触面积、减小接触电阻的同时，使得由有源层产生的射向p-GaN的光能够最大限度的反射回器件并重新射向蓝宝石出光面，从另一方面增强出光效率。
附图说明
图1为一种出光效率增强的功率型GaN基发光二极管芯片的结构图；
图2为芯片出光面——蓝宝石衬底的细部示意图；
图3为芯片反光面——p-GaN上表面的细部示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：
本实用新型的一种出光效率增强的功率型氮化镓基发光二极管芯片，包括芯片正面的p-GaN六角形倒金字塔绒面、Ni/Au透明接触电极、高反射率金属Ag三层薄膜共同构成的反射镜，芯片背面蓝宝石衬底光刻、湿法腐蚀形成的具有周期排列的三角形倒金字塔结构的光出射面。
本实用新型以p-GaN倒金字塔结构、Ni/Au透明接触电极以及高反射率金属Ag三层薄膜共同组成功率型GaN基发光二极管芯片上表面的反射镜，使向上发射的光向背面反射；采用由湿法选择性刻蚀形成周期性微结构的蓝宝石衬底作光的出射面，增强光从功率型GaN基发光二极管芯片背面出射的几率。功率型GaN基发光二极管芯片的结构图见图1，由光刻、湿法选择性刻蚀形成的具有削顶的三角倒金字塔型周期性微结构的蓝宝石衬底细部示意图见图2，由无掩模版选择性湿法刻蚀形成的具有削顶的六角倒金字塔绒面的p-GaN表面的细部示意图见图3。
本实用新型的功率型GaN基发光二极管芯片结构包括①蓝宝石衬底(Sapphire)，②N型氮化镓(n-GaN)，③多量子阱(MQW)，④P型氮化镓(p-GaN)，⑤Ni/Au透明金属(Ni/Au)，⑥Ag反射金属(Ag)，⑦Ni/Au P型电极(Ni/Au)，⑧Ti/Al/Ni/AuN型电极(Ti/Al/Ni/Au)。蓝宝石衬底通过光刻、湿法选择性刻蚀，形成周期性倒金字塔结构，(1)为倒金字塔的三个侧面，(2)为三角倒金字塔的底面。P型氮化镓表面经湿法腐蚀形成具有六角倒金字塔凹陷的绒面，(3)为倒金字塔的六个侧面，(4)为六角倒金字塔的底面。
蓝宝石采用浓H2SO4和浓H3PO4的混合溶液湿法腐蚀，形成的周期性三角倒金字塔结构的周期为10～14μm，间隙4～6μm，凹陷深度1～2μm。以这种具有凸凹结构的蓝宝石衬底面作光的出射面，可以增大出光面积，同时改变部分光的传播方向增大光出射角。
p-GaN无需光刻直接用KOH基溶液湿法腐蚀，形成六角的倒金字塔形绒面，清洗后蒸发5～50nm的Ni/Au透明接触层(TCL)、蒸发或淀积600～2000nm的Ag反射金属。p-GaN绒面、Ni/Au TCL，Ag三层薄膜共同组成反射镜，将射向P型GaN的光反射回器件并最终由蓝宝石衬底发出。

Claims (4)

1.一种功率型氮化镓基发光二极管芯片，包括蓝宝石衬底、依次制作在其正面的N型氮化镓层、多量子阱、P型氮化镓层，其特征在于，所述蓝宝石衬底的背面刻有削顶的周期性三角倒金字塔微结构；P型氮化镓层的表面腐蚀有具有六角倒金字塔凹陷的微小绒面，并制作有5～50nm Ni/Au接触电极和600～2000nm Ag反射金属，在Ag反射金属层上制作有Ni/Au P型电极；在N型氮化镓层上制作有Ti/Al/Ni/Au N型电极。
2.根据权利要求1所述的功率型氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于，所述周期性三角倒金字塔结构的周期为10～14μm，间隙4～6μm，凹陷深度1～2μm。
3.根据权利要求1所述的功率型氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于，所述P型电极为Ni/Au P型电极。
4.根据权利要求1所述的功率型氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于，所述N型电极为Ti/Al/Ni/Au N型电极。
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