[发明专利]一种氮化镓基发光二极管芯片及其制备方法

说明书

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，λ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。