[發明專利]一種氮化鎵基發光二極管芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201310275859.9
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103346227A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 楊瑞霞;張曉潔;王靜輝;田漢民
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/10;H01L33/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 胡安朋

1.一種氮化鎵基發光二極管芯片，其特征在于結構是：以氮化鎵基發光二極管芯片業界常規生長好的LED外延結構的外延片為基片，該基片從下到上的構成分別為，藍寶石襯底、GaN緩沖層、Si摻雜的n型GaN層、InGaN/GaN多量子阱有源區和Mg摻雜的p型GaN層，在上述基片的Mg摻雜的p型GaN層上，交替沉積1層～6層SiO₂/TiO₂的分布式布拉格反射結構層，每一SiO₂/TiO₂的分布式布拉格反射結構層的厚度滿足d₁=λ0/4n₁,d₂=λ0/4n₂，其中d₁為SiO₂的厚度，n₁為SiO₂的折射率,d₂為TiO₂的厚度，n₂為TiO₂的折射率，λ為入射光中心波長，在上述SiO₂/TiO₂的分布式布拉格反射結構上再復合金屬Al膜構成反射電流阻擋層，在該反射電流阻擋層上配以氮化鎵基發光二極管芯片業界常規的ITO透明導電層。

2.根據權利要求1所說一種氮化鎵基發光二極管芯片，所述所設計的中心波長λ₀取300nm～1100nm，當SiO₂膜材料折射率設為n₁=1.46和TiO₂膜材料的折射率設為n₂=2.4時，相應每一SiO₂/TiO₂的分布式布拉格反射結構層的厚度分別為，SiO₂的厚度d₁＝51nm～187.1nm和TiO₂的厚度d₂＝30.3nm～111.0nm。

3.根據權利要求1所說一種氮化鎵基發光二極管芯片，所述所設計的中心波長λ₀取藍光波段455nm，SiO₂膜材料的折射率設為n₁=1.46和TiO₂膜材料的折射率設為n₂=2.4時，相應每一SiO₂/TiO₂的分布式布拉格反射結構層的厚度分別為，SiO₂d＝77.4nm和TiO₂d＝45.9nm。

4.根據權利要求1所說一種氮化鎵基發光二極管芯片，所述在SiO₂/TiO₂的分布式布拉格反射結構上再復合金屬Al膜構成反射電流阻擋層，采用1.5對SiO₂/TiO₂分布式布拉格反射結構再復合一層金屬Al膜構成反射電流阻擋層結構。

5.權利要求1所說一種氮化鎵基發光二極管芯片的制備方法，步驟如下：

第一步，基片構成和處理

在2寸藍寶石襯底上用MOCVD生長好LED外延結構的外延片為基片，該基片從下到上的構成分別為，藍寶石襯底、GaN緩沖層、Si摻雜的n-GaN層、InGaN/GaN多量子阱有源區和Mg摻雜的p型GaN層，將上述基片在700℃N₂氛圍的快速退火爐中進行熱處理工藝60s，以激活p型GaN層中的Mg，將此處理得到的基片依次在丙酮和異丙醇中浸泡后用去離子水沖水，至去除表面有機污染物，再將其放入HCl溶液中浸泡后用去離子水沖水，最后烘干，至將表面附著的金屬離子去除干凈；

第二步，第一次光刻掩膜版的制備、第一次曝光顯影和等離子刻蝕

將第一步處理得到的基片涂覆正膠形成掩膜版，再將該掩膜版進行第一次光刻，即曝光后顯影，進行去膠工藝，使反射電流阻擋層區域的膠被去掉，其余未曝光部分的膠被保留下來，形成要刻的圖形，同時采用反應離子刻蝕與感應耦合等離子刻蝕方法進行等離子刻蝕，以形成要生長反射電流阻擋層的窗口；

第三步，淀積多層薄膜結構

在第二步制得的第一次光刻掩膜版制品上，采用電子束蒸發淀積SiO₂/TiO₂并復合Al膜的多層薄膜結構，所得到的該SiO₂/TiO₂+Al多層薄膜的結構具體為，在Mg摻雜的p型GaN層之上，依次為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備和第二次曝光顯影

將第三步得到的制品涂覆負膠，并覆蓋成掩膜板，反射電流阻擋層區域為掩膜板中的曝光區，該曝光區經曝光后顯影，其中反射電流阻擋層區域上面覆蓋的膠被保留下來，其余部分的膠經顯影被去掉，從而反射電流阻擋層區域之外的SiO₂/TiO₂+Al多層薄膜形成了要腐蝕的圖形；再用HF酸對反射電流阻擋層區域之外的SiO₂/TiO₂+Al多層薄膜進行濕法腐蝕去除，反射電流阻擋層區域的SiO₂/TiO₂+Al多層薄膜因有膠存在而得到保留，經過對反射電流阻擋層區域的SiO₂/TiO₂+Al多層薄膜上的膠剝離和去除，從而得到了具有SiO₂/TiO₂+Al反射電流阻擋層的外延片，由此完成氮化鎵基發光二極管芯片的關鍵部件反射電流阻擋層的制備；

第五步，氮化鎵基發光二極管芯片產品的制備

對第四步得到的制品，進行在反射電流阻擋層上配以氮化鎵基發光二極管芯片業界常規的ITO透明導電層、刻蝕臺面、制備金屬電極、淀積SiO₂保護層和研磨工藝，最終制得具有以氮化鎵基發光二極管芯片業界常規生長好的LED外延結構的外延片為基片，該基片從下到上的構成分別為，藍寶石襯底、GaN緩沖層、Si摻雜的n型GaN層、10周期的InGaN/GaN多量子阱有源區和Mg摻雜的p型GaN層，在上述基片的p型GaN層上，交替沉積1層～6層SiO₂/TiO₂的分布式布拉格反射結構層，每一SiO₂/TiO₂的分布式布拉格反射結構層的厚度滿足d₁=λ0/4n₁,d₂=λ0/4n₂，其中d₁為SiO₂的厚度，n₁為SiO₂的折射率,d₂為TiO₂的厚度，n₂為TiO₂的折射率，λ為入射光中心波長，在上述SiO₂/TiO₂的分布式布拉格反射結構上再復合金屬Al膜構成反射電流阻擋層，在該反射電流阻擋層上配以氮化鎵基發光二極管芯片業界常規的ITO透明導電層的結構的一種氮化鎵基發光二極管芯片產品。