CN205595365U - 一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片，在衬底上依次形成N‑GaN、有源区和P‑GaN，该N‑GaN、有源区和P‑GaN形成外延结构；通过刻蚀将N‑GaN裸露，在裸露的N‑GaN上形成N电极，在P‑GaN表面形成电流扩展层，在电流扩展层上形成P电极；在外延结构的表面及侧面设计增透层，增透层由多层高低折射率的绝缘材料层交替堆叠，层数至少为3层，折射率排布为低/高/…/低/高/低，增透层总厚度为1000Å‑10000Å。本实用新型可以降低发光二极管芯片的表面光反射，提升二极管芯片的发光效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及发光二极管芯片技术领域，尤其是指一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片。
背景技术
现有技术中，LED芯片的结构主要包括依次设置的衬底、N-GaN、有源区和P-GaN。通过刻蚀LED芯片形成台阶，将N-GaN裸露出来，在N-GaN的台阶面上形成N电极及N电极引脚，在未刻蚀的P-GaN表面有电流扩展层，在电流扩展层之上形成 P电极及P电极引脚。
为了保护芯片表面，在整个芯片表面设有PV层，并通过刻蚀裸露出N电极和P电极。PV层通常为SiO2材料，厚度约2000Å。然而，其缺陷在于：LED的出射光从GaN中出射，经过电流扩展层和PV层，有7%-10%的光被反射，导致LED的发光效率降低。
公开号为CN200976354Y公开在LED芯片表面设置单层增透膜，增透膜仅为一层TiO2；公开号为CN101232062A公开在GaN晶体的表面和侧面连接有增透膜，为单层结构。然而，所述增透膜的透光率有待进一步提高，其反射率有待进一步降低，本案由此产生。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片，以降低发光二极管芯片的表面光反射，提升二极管芯片的发光效率。
为达成上述目的，本实用新型的解决方案为：
一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片，在衬底上依次形成N-GaN、有源区和P-GaN，该N-GaN、有源区和P-GaN形成外延结构；通过刻蚀将N-GaN裸露，在裸露的N-GaN上形成N电极，在P-GaN表面形成电流扩展层，在电流扩展层上形成 P电极；在外延结构的表面及侧面设计增透层，增透层由多层高低折射率的绝缘材料层交替堆叠，层数至少为3层，折射率排布为低/高/…/低/高/低，增透层总厚度为1000Å-10000Å。
进一步，低折射率的绝缘材料层为SiO2或MgF，折射率小于1.7。
进一步，高折射率的绝缘材料层为TiO2、SiNx或Al2O3，折射率大于1.7。
进一步，每层绝缘材料层的厚度范围在100Å-3000Å。
进一步，高折射率的绝缘材料层的厚度小于低折射率的绝缘材料层，高折射率的绝缘材料层的厚度为100Å-300Å；最上一层的低折射率的绝缘材料层厚度为1000Å-2000Å，而其它的绝缘材料层厚度为200Å-600Å。
进一步，衬底为蓝宝石、碳化硅或硅中的一种。
进一步，电流扩展层的材料为氧化铟锡（ITO）、Au、AZO（掺铝ZnO）或金属纳米线中一种，厚度为100Å-3000Å。
进一步，在电流扩展层与P-GaN之间生长电流阻挡层，电流阻挡层的材料为SiO2、SiNx或Al2O3中的一种，厚度为100Å-5000Å。
进一步，N电极和P电极为Ag、Al、Au、Cr、Ni、Pd、Pt、Ti、Ni、W中的一种，厚度为1000Å-30000Å。
采用上述方案后，本实用新型在外延结构的表面及侧面设计增透层，增透层由多层高低折射率的绝缘材料层交替堆叠，层数至少为3层，折射率排布为低/高/…/低/高/低，增透层总厚度为1000Å-10000Å，使得LED的出射光从GaN中出射后，经过电流扩展层和增透层，仅有3-4%的光被反射，相比于现有技术的PV层，可以降低约5%的表面反射率。因此，本实用新型可以降低发光二极管芯片的表面光反射，提升二极管芯片的发光效率。
附图说明
图1是本实用新型的俯视图；
图2是本实用新型的剖视图；
图3a至图3d是本实用新型的制作工艺图。
标号说明
衬底1 N-GaN2
N电极21 有源区3
P-GaN4 电流扩展层5
P电极51 增透层6。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型做详细描述。
参阅图1及图2所示，本实用新型揭示的一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片，在衬底1上依次形成N-GaN2、有源区3和P-GaN4，该N-GaN2、有源区3和P-GaN4形成外延结构。通过刻蚀将N-GaN2裸露，在裸露的N-GaN2上形成N电极21，在P-GaN4表面形成电流扩展层5，在电流扩展层5上形成P电极51。
在外延结构的表面及侧面设计增透层6，增透层6由多层高低折射率的绝缘材料层交替堆叠，层数至少为3层，折射率排布为低/高/…/低/高/低，增透层总厚度为1000Å-10000Å，可以根据不同情况增加厚度和层数，用以保护芯片表面，起到钝化作用。
增透层6中低折射率的绝缘材料层为SiO2或MgF，折射率小于1.7，而高折射率的绝缘材料层为TiO2、SiNx或Al2O3，折射率大于1.7。
每层绝缘材料层的厚度范围在100Å-3000Å，具体厚度可以根据LED实际出射光的1/4光学波长设计，使得LED的出射光从GaN中出射，经过电流扩展层5和增透层6，仅有3-4%的光被反射回去，相比于原有的PV层，可以降低约5%的表面反射率。
高折射率的绝缘材料层的厚度小于低折射率的绝缘材料层，高折射率的绝缘材料层的厚度为100Å-300Å；最上一层的低折射率的绝缘材料层厚度为1000Å-2000Å，而其它的绝缘材料层厚度为200Å-600Å，以保证膜系能够完整包覆芯片表面，达到良好的钝化效果。
衬底1包括且不限于为蓝宝石、碳化硅或硅中的一种。电流扩展层5的材料包括且不限于氧化铟锡（ITO）、Au、AZO（掺铝ZnO）或金属纳米线中一种或几种，厚度为100Å-3000Å。
可选的，在电流扩展层5与P-GaN4之间生长电流阻挡层，电流阻挡层的材料包括且不限于SiO2、SiNx或Al2O3中的一种或几种，厚度为100Å-5000Å。
N电极21和P电极51包括且不限于Ag、Al、Au、Cr、Ni、Pd、Pt、Ti、Ni、W中的一种或几种合金，厚度为1000Å-30000Å。
如图3a至图3d所示，所述具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片制作工艺，包括以下步骤：
一，如图3a所示，在衬底1上依次生成N-GaN2、有源区3和P-GaN4，该N-GaN2、有源区3和P-GaN4形成外延结构。
二，如图3b所示，光刻后通过ICP工艺刻蚀LED芯片形成台阶，将N-GaN2裸露出来，台阶高度14000Å。
三，如图3c所示，将2300Å的ITO蒸镀于LED芯片表面，光刻后通过化学腐蚀去除多余的部分，形成电流扩展层5。
四，如图3d所示，将共13000Å的Cr/Al/Ti/Pt/Au蒸镀于LED芯片表面，光刻后通过剥离工艺去除多余部分，形成 N电极21及N电极引脚和P电极51及P电极引脚。
五，如图2所示，将5层（SiO2/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2）增透层6蒸镀于LED芯片表面，TiO2的厚度通常小于低折射率材料，厚度范围100Å-200Å之间；非最后一层的SiO2的厚度通常在200Å-400Å之间，最后一层的SiO2厚度约在1000Å左右，总厚度约2000Å，光刻后通过ICP刻蚀，裸露出N电极21和P电极51，最终形成本发明所述的LED芯片，俯视图如图1所示。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (9)
1.一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：在衬底上依次形成N-GaN、有源区和P-GaN，该N-GaN、有源区和P-GaN形成外延结构；通过刻蚀将N-GaN裸露，在裸露的N-GaN上形成N电极，在P-GaN表面形成电流扩展层，在电流扩展层上形成 P电极；在外延结构的表面及侧面设计增透层，增透层由多层高低折射率的绝缘材料层交替堆叠，层数至少为3层，折射率排布为低/高/…/低/高/低，增透层总厚度为1000Å-10000Å。
2.如权利要求1所述的一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：低折射率的绝缘材料层为SiO2或MgF，折射率小于1.7。
3.如权利要求1所述的一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：高折射率的绝缘材料层为TiO2、SiNx或Al2O3，折射率大于1.7。
4.如权利要求1所述的一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：每层绝缘材料层的厚度范围在100Å-3000Å。
5.如权利要求1所述的一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：高折射率的绝缘材料层的厚度小于低折射率的绝缘材料层，高折射率的绝缘材料层的厚度为100Å-300Å；最上一层的低折射率的绝缘材料层厚度为1000Å-2000Å，而其它的绝缘材料层厚度为200Å-600Å。
6.如权利要求1所述的一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：衬底为蓝宝石、碳化硅或硅中的一种。
7.如权利要求1所述的一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：电流扩展层的材料为氧化铟锡、Au、AZO或金属纳米线中一种，厚度为100Å-3000Å。
8.如权利要求1所述的一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：在电流扩展层与P-GaN之间生长电流阻挡层，电流阻挡层的材料为SiO2、SiNx或Al2O3中的一种，厚度为100Å-5000Å。
9.如权利要求1所述的一种具有表面增透层的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：N电极和P电极为Ag、Al、Au、Cr、Ni、Pd、Pt、Ti、Ni、W中的一种，厚度为1000Å-30000Å。
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