CN206610823U - 功率型氮化镓基发光二极管芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种功率型氮化镓基发光二极管芯片，包括钇铝石榴石衬底，其上端和下端分别设有周期性三棱台型的微凸结构；在钇铝石榴石衬底的下端设有N型氮化镓层，且位于钇铝石榴石衬底下端的微凸结构伸入N型氮化镓层内；增透层，其包裹在钇铝石榴石衬底的上端及四周侧壁上，增透层高折射率绝缘层和低折射率绝缘层交替堆叠；增透层的总厚度为1200埃‑7200埃。本实用新型所述的功率型氮化镓基发光二极管芯片，结构简单，出光率高。

Description

功率型氮化镓基发光二极管芯片

技术领域

本实用新型属于半导体芯片结构领域，尤其是涉及一种氮化镓基发光二极管芯片。

背景技术

发光二极管(LED)作为一种新型固态照明光源，以其发热量低、耗电量少、反应速度快、寿命长、体积小等优点，被认为是21世纪的绿色照明光源。为了适应现在的市场要求，LED的发光效率仍然需要进一步提高。目前，LED芯片主要是由生长在蓝宝石衬底上氮化镓(GaN)材料体系所制备的，但由于蓝宝石与GaN之间的晶格失配较高，容易产生位错缺陷，影响了载流子的迁移率和寿命，进而对GaN基器件的性能也产生了一定的影响。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种功率型氮化镓基发光二极管芯片，以解决现有技术中，衬底与GaN之间晶格失配较高，容易产生位错缺陷的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

功率型氮化镓基发光二极管芯片，包括钇铝石榴石衬底，其上端设有周期性三棱台型的微凸结构，下端设有若干四棱锥型的下微凸结构；在钇铝石榴石衬底的下端设有N型氮化镓层，且下微凸结构伸入N型氮化镓层内；增透层，其包裹在钇铝石榴石衬底的上端及四周侧壁上，增透层由高折射率绝缘层和低折射率绝缘层交替堆叠；增透层至少为三层，且其总厚度为1200埃-7200埃。

进一步，所述钇铝石榴石衬底与N型氮化镓层之间还生长有AlN缓冲层。

进一步，所述微凸结构的周期为12μm，间隙为5μm，高度为1.5μm。

进一步，所述N型氮化镓层的下端设有Ti/Al/Ni/Au N型电极，其余部分生长有多量子阱；多量子阱的下端从上到下依次生长有P型氮化镓层、透明导电层和布拉格反射层；布拉格反射层的下端设有Ni/Au P型电极。

进一步，所述透明导电层的厚度为20-150nm。

进一步，所述布拉格反射层由高折射率材料层和低折射率材料层交替堆叠，其中高折射率材料层为TiO；低折射率材料层为SiO₂。

进一步，所述P型氮化镓层的下端腐蚀有若干微小凹陷，微小凹陷的形状为倒置正六棱台。

进一步，所述多量子阱、P型氮化镓层、透明导电层、布拉格反射层的侧壁上及布拉格反射层的下端也包裹有所述增透层，且所述Ti/Al/Ni/Au N型电极伸出增透层；布拉格反射层上设有直至N型氮化镓层内部的沟槽，沟槽内也填充有增透层的材料。

相对于现有技术，本实用新型所述的功率型氮化镓基发光二极管芯片具有以下优势：

本实用新型所述的功率型氮化镓基发光二极管芯片，结构简单，出光率高。通过上下两端分别具有若干微凸结构的钇铝石榴石衬底，改变了光在衬底/空间界面处的传播方向，能够有效的提高光子逸出本实用新型的几率，从而达到提高光输出效率的效果。通过具有微小凹陷的P型氮化镓层配合透明导电层和布拉格反射层，在增大P型接触面积、减小接触电阻的同时，使得射向P型氮化镓层的光能够最大限度的反射回器件，并重新射向钇铝石榴石衬底的出光面，进一步增强了本实用新型的出光效率。通过增透层对本实用新型中的各个结构进行保护，相比于现有技术中的PV保护层，可有效的降低其自身的表面反射率，提升本实用新型的发光效率。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的功率型氮化镓基发光二极管芯片的主视图；

图2为本实用新型实施例所述的功率型氮化镓基发光二极管芯片的钇铝石榴石衬底的轴测图；

图3本实用新型实施例所述的功率型氮化镓基发光二极管芯片的P型氮化镓层的俯视向轴测图。

附图标记说明：

1-钇铝石榴石衬底；11-微凸结构；12-下微凸结构；2-N型氮化镓层；3-增透层；31-沟槽；4-多量子阱；5-P型氮化镓层；6-透明导电层；7-布拉格反射层；8-Ti/Al/Ni/Au N型电极；9-Ni/Au P型电极；10-微小凹陷。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1-3，本实用新型提出一种功率型氮化镓基发光二极管芯片，包括钇铝石榴石衬底1，其上端设有周期性三棱台型的微凸结构11，下端设有若干四棱锥型的下微凸结构12；在钇铝石榴石衬底1的下端设有N型氮化镓层2，且下微凸结构12伸入N型氮化镓层2内；增透层3，其包裹在钇铝石榴石衬底1的上端及四周侧壁上，增透层3由高折射率绝缘层和低折射率绝缘层交替堆叠，其最内侧(靠近钇铝石榴石衬底1的一侧)应为低折射率绝缘层；增透层3至少为三层，且其总厚度为1200埃-7200埃。

采用上端和下端分别设有微凸结构11和下微凸结构12的钇铝石榴石衬底1作为光的出射面，可以有效的增大出光面积，改变部分光的传播方向，增大光的出射角。有助于增强光从本实用新型出射的几率。

上述钇铝石榴石衬底1与N型氮化镓层2之间还生长有AlN缓冲层。AlN缓冲层有利于后续N型氮化镓层2的生长：可采用低温外延技术在AlN缓冲层上先外延生产一层GaN缓冲层，通过该GaN缓冲层可以获得岛状GaN，为下一步沉积高质量低缺陷的N型氮化镓层2做铺垫。

上述微凸结构11的周期为12μm，间隙为5μm，高度为1.5μm。

上述N型氮化镓层2的下端设有Ti/Al/Ni/Au N型电极8，其余部分生长有多量子阱4；多量子阱4的下端从上到下依次生长有P型氮化镓层5、透明导电层6和布拉格反射层7；布拉格反射层7的下端设有Ni/Au P型电极9。布拉格反射层7作为反射镜，将射向P型氮化镓层5的光反射回器件，并最终由钇铝石榴石衬底1发出。

上述透明导电层6的厚度为20-150nm。

上所述布拉格反射层7由高折射率材料层和低折射率材料层交替堆叠，其中高折射率材料层为TiO；低折射率材料层为SiO₂。

通过两种非Ag材料层组成布拉格反射层，相对于现有的采用Ag制作的反射层，具有更高的可靠性，反射率在300摄氏度以下都不会发生变化。可以有效的避免不稳定金属Ag氧化之后反射率下降而造成芯片亮度降低的情况。而且非Ag材料层不存在如Ag那样容易迁移的导电物质，因此可以避免出现由于反射层迁移形成漏电通道而降低芯片的良率的情况。另外，由两种折射率不同的非Ag材料层组成的布拉格反射层，比用Ag制作的反射层的反射率更高，提高了LED芯片的发光效率。

上述P型氮化镓层5的下端腐蚀有若干微小凹陷10，微小凹陷10的形状为倒置正六棱台。

上述多量子阱4、P型氮化镓层5、透明导电层6、布拉格反射层7的侧壁上以及布拉格反射层7的下端也包裹有所述增透层3，且所述Ti/Al/Ni/Au N型电极8伸出增透层3；布拉格反射层7上设有直至N型氮化镓层2内部的沟槽31，沟槽31内也填充有增透层3的材料。本实用新型发出的出射光，经过增透层3时，仅有3-4％的光被反射，可以有效的提高发光效率。同时，在布拉格反射层7的四周设置沟槽31，并填充绝缘的增透层3的材料，可以有效的减少芯片的漏电流。

本实用新型所述的功率型氮化镓基发光二极管芯片，结构简单，出光率高。通过上下两端分别具有若干微凸结构11和下微凸结构12的钇铝石榴石衬底1，改变了光在衬底/空间界面处的传播方向，能够有效的提高光子逸出本实用新型的几率，从而达到提高光输出效率的效果。通过具有微小凹陷10的P型氮化镓层5配合透明导电层6和布拉格反射层7，在增大P型接触面积、减小接触电阻的同时，使得射向P型氮化镓层5的光能够最大限度的反射回器件，并重新射向钇铝石榴石衬底1的出光面，进一步增强了本实用新型的出光效率。通过增透层3对本实用新型中的各个结构进行保护，相比于现有技术中的PV保护层，可有效的降低其自身的表面反射率，提升本实用新型的发光效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.功率型氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于，包括：

钇铝石榴石衬底(1)，其上端分别设有周期性三棱台型的微凸结构(11)，下端设有若干四棱锥型的下微凸结构(12)；在钇铝石榴石衬底(1)的下端设有N型氮化镓层(2)，且下微凸结构(12)伸入N型氮化镓层(2)内；

增透层(3)，其包裹在钇铝石榴石衬底(1)的上端，且通过钇铝石榴石衬底(1)的四周侧壁延伸到N型氮化镓层(2)的侧壁上；增透层(3)由高折射率绝缘层和低折射率绝缘层交替堆叠；增透层(3)至少为三层，且其总厚度为1200埃-7200埃。

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：所述钇铝石榴石衬底(1)与N型氮化镓层(2)之间还生长有AlN缓冲层。

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：所述微凸结构(11)的周期为12μm，间隙为5μm，高度为1.5μm。

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型氮化镓层(2)的下端设有Ti/Al/Ni/Au N型电极(8)，其余部分生长有多量子阱(4)；

多量子阱(4)的下端从上到下依次生长有P型氮化镓层(5)、透明导电层(6)和布拉格反射层(7)；布拉格反射层(7)的下端设有Ni/Au P型电极(9)。

5.根据权利要求4所述的功率型氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：所述透明导电层(6)的厚度为20-150nm。

6.根据权利要求4所述的功率型氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：所述布拉格反射层(7)由高折射率材料层和低折射率材料层交替堆叠，其中高折射率材料层为TiO；低折射率材料层为SiO₂。

7.根据权利要求4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型氮化镓层(5)的下端腐蚀有若干微小凹陷(10)，微小凹陷(10)的形状为倒置正六棱台。

8.根据权利要求7所述的功率型氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：所述多量子阱(4)、P型氮化镓层(5)、透明导电层(6)、布拉格反射层(7)的侧壁上以及布拉格反射层(7)的下端也包裹有所述增透层(3)，且所述Ti/Al/Ni/Au N型电极(8)伸出增透层(3)；

布拉格反射层(7)上设有直至N型氮化镓层(2)内部的沟槽(31)，沟槽(31)内也填充有增透层(3)的材料。