一種高可靠性GaN基LED芯片及其制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種具有高可靠性的GaN基LED芯片，及其制備方法，屬于光電技術領 域。
【背景技術】
[0002] 隨著節能環保意識的提高，固態照明技術作為新一代照明技術成為當前研宄的熱 點。固態照明是指使用無機物半導體材料發光作為照明光源的技術。GaN基發光二極管 (LED)因其壽命、效率和環保等優點得到了廣泛的應用。GaN被認為是第三代半導體材料， 具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高和導熱性能良好等特性，特別適合于制作高頻、大功 率電子器件，以GaN為基礎的白光發光二極管因其具有效率高、壽命長和環保等諸多優點， 成為固態照明技術的主流。而GaN白光發光二極管的壽命和光衰問題也是成為制約LED商 業化的主要問題之一。GaN發光二極管的老化是導致芯片、封裝、熒光粉區域失效等壽命問 題和光衰問題的主要原因。主要的老化機理包括暗點缺陷、金屬合金迀移、組分變化等。
[0003] GaN基藍光發光二極管是pn結發光二極管，由于器件工作時pn結結溫過高，使得 LED的發光效率、老化可靠性、反向漏電流等性能都受到影響。選擇高熱導率基板能更有效 地將熱量從pn結傳導到周圍環境或者通過倒裝芯片、ITO透明電極等途徑能有效限制器件 的高溫而提高LED的性能。然而以上方法仍然不能解決發光器件內部溫差較大的問題，即 發光部分比非發光部分的溫度要高很多。這種內部溫差大的問題會加速器件光衰，同時會 增大反向漏電流。
[0004] 中國專利文獻CN100468796公開的《LED倒裝芯片的制備方法》，首先制備出具有 適合共晶焊接電極的大尺寸LED芯片，同時制備出相應尺寸的藍寶石襯底，并在藍寶石襯 底上制作出供共晶焊接的金導電層及引出導電層，并在所述金導電層及引出導電層制作 出超聲金絲球焊點；然后，利用共晶焊接設備倒裝機，將大尺寸LED芯片與藍寶石襯底焊接 在一起。但該方法的缺點是不能解決發光器件內部溫差較大的問題。
[0005] 中國專利文獻CN102169944B公開的《Ag/ITO/氧化鋅基復合透明電極的發光二極 管及其制備方法》，是在M0CVD中依次生長緩沖層、本征層、n型氮化鎵、量子阱、p型氮化鎵， Ag/ITO/氧化鋅復合透明電流擴展層分別依次是利用真空蒸鍍的方法將幾納米厚的Ag薄 膜蒸鍍到P型GaN表面，再用電子束蒸鍍的方法將IT0透明薄膜蒸鍍在Ag薄膜表面，最 后利用磁控濺射的方法將氧化鋅透明薄膜濺射在IT0薄膜表面，形成Ag/ITO/氧化鋅復合 透明電流擴展層，利用干法刻蝕將n型氮化鎵暴露出來，退火處理后利用熱蒸發或電子束 蒸發等薄膜沉積方法生長金屬電極。該方法的缺點是不能解決發光器件內部溫差較大的問 題。
[0006] 中國專利文獻CN202196806U公開的《一種具有電流阻擋層的LED芯片》，包括生 長外延層，N-GaN層、發光層和P-GaN層，依次形成于生長襯底上；制作透明導電層，形成 于P-GaN層上；P電極歐姆接觸層，形成于透明導電層上；N電極歐姆接觸層，形成于暴露的 N-GaN層上；呈樹枝狀或網格點狀的電流阻擋層，形成于P電極歐姆接觸層的下方但不局限 于正下方，且介于P電極歐姆接觸層與P-GaN層之間。該方法的缺點是散熱能力小、內部溫 差大的現象不能得到明顯改善。
[0007] GaN基發光二極管的發光部分是有源層，其在發光時產生了大量熱量，溫度遠遠高 于兩側的n型和p型的GaN區，發光部分表面的溫度甚至會引起密封環境中的有機氣體發 生化學反應而在發光表面形成沉積物。這種局部高溫對LED的性能產生不良影響。為了傳 導有源層過多的熱量，僅靠GaN層的導熱能力是有限的。

【發明內容】

[0008] 針對現有GaN基LED及其制備方法存在的不足，本發明提供一種在側壁形成導熱 月旲而具有尚可靠性的GaN基LED芯片制備方法。
[0009] 本發明的高可靠性GaN基LED芯片，是在GaN基LED芯片的側面設置有A10N(氮 氧化鋁）導熱膜。
[0010]A10N(氮氧化鋁）導熱膜的厚度為19-22nm〇
[0011] 本發明的高可靠性GaN基LED芯片的制備方法，是采用電子回旋共振濺射的方法， 具體過程是：
[0012] 將GaN基LED芯片置于反應爐中，然后向反應爐中通入氮氣、氧氣和氬氣，向A1靶 施加射頻以濺射靶，并施加用于形成等離子體的微波，形成A10N膜；
[0013] 所述氮氣、氧氣和氬氣的通入速度分別是4. 5cm3/秒-6. 5cm3/秒、0. 6cm3/ 秒-〇. 8cm3/ 秒和 19cm3/ 秒 _20cm3/ 秒。
[0014] 所述施加射頻的功率為480W-530W。
[0015] 所述施加微波的功率為480W-530W。
[0016] 所述A10N膜的成膜速度為0. 12nm/秒-〇. 15nm/秒。
[0017] 本發明在LED側面附有A10N導熱膜，可以將發光部分產生的熱量傳導到非發光部 分以及基板上，以抑制發光部分的局部高溫，并縮小發光部分與非發光部分的溫度差異，抑 制了PN結的局部高溫，得到了較好的光輸出功率特性，可以有效抑制器件性能的衰減并提 高器件可靠性，提高了器件的光輸出性能。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明中的GaN基發光二極管的結構示意圖。
[0019] 圖2為在LED的側面形成A10N導熱層的器件結構。
[0020] 圖3為在恒流為20mA下的光功率隨老化時間ta的變化關系。圖中實線為普通LED 結構的光功率隨老化時間ta的變化關系，虛線為附有導熱膜LED結構的光功率隨老化時間 ta的變化關系。
[0021] 圖4為在恒流為50mA下的光功率隨老化時間^的變化關系。圖中實線為普通LED 結構的光功率隨老化時間ta的變化關系，圖中虛線為附有導熱膜LED結構的光功率隨老化 時間ta的變化關系。
[0022] 圖中：1、P電極，2、N電極，3、藍寶石襯底，4、si摻雜的n-GaN層，5、InGaN/GaN多 量子阱有源區，6、Mg摻雜的p-GaN層，7、氧化銦錫（ITO)透明導電層，8、SiO鈍化層，9、A10N 導熱層。
【具體實施方式】
[0023] 如圖1給出了本發明所述GaN基發光二極管的結構，制備時分別用三甲基鎵和乙 基二甲基銦作III族源，NH