[实用新型]欧姆接触性能优化的光子晶体LED芯片

说明书

本实用新型公开了一种欧姆接触性能优化的光子晶体LED芯片。光子晶体LED芯片包括发光单元呈圆台结构，圆台上分布有光子晶体；正电极分布在表面平坦化的圆台结构的电流扩展层上，电流扩展层包含欧姆接触层和电流横向扩散层双层结构；负电极分布在N型掺杂GaN材料上，负电极与N型掺杂GaN材料的分界面上分布有光子晶体。本实用新型在没有图案的平坦的外延片表面沉积透明电流扩展层，并退火形成欧姆接触；本实用新型有源区域的光子晶体提高了发光效率和调制带宽，负电极与N型掺杂GaN材料分界面上的接触面光子晶体以及双层结构的电流扩展层优化了欧姆接触性能。

技术领域

本实用新型涉及光子晶体LED芯片领域，具体涉及一种欧姆接触性能优化的光子晶体LED芯片。

背景技术

可见光通信是新一代的无线通信研究热点。该技术利用LED(发光二极管)发出的人眼难以响应的高速明暗闪烁信号进行数据信息的传输，能有效避免无线电磁波通信中信号泄露等潜在危害，具有十分广阔的开发和应用前景。

照明用大尺寸LED芯片的调制带宽十分有限，约3～20MHz，限制了通信的传输速度。与这种毫米数量级的大尺寸芯片相比，微米尺寸芯片具有更小的电阻、更优的电流扩展能力和更大的表面积/体积比，故能产生更少的焦耳热、更均匀的电流密度分布和更快的热对流，因此可工作在更大的电流密度下。研究表明，当注入的电流密度增加时，微米尺寸的LED芯片的调制带宽增加。此外，微尺寸LED的调制带宽还受到载流子寿命的限制。通过引入光子晶体可以调节光子局域态密度，增大载流子辐射复合速率，从而提高调制带宽。

光子晶体的制备一般采用“制备光子晶体→表面平坦化→暴露半导体材料→制备欧姆接触层→制备电极”的工艺流程。在GaN基LED外延片上干法刻蚀形成光子晶体后，GaN材料中镶嵌着纳米尺寸的空气孔，且空气孔的深度超过量子阱层的深度。在光子晶体区域制备电极时，为了避免电极材料落入空气孔导致GaN材料的空穴注入层(P型掺杂GaN层)和电子注入层(N型掺杂GaN层)短路，需要采用介质材料填充这些空气孔。一种常用的填充办法是，在外延片上旋涂SOG使得外延片表面平坦化，经高温处理后，SOG转变成绝缘的SiO₂介质层。该SiO₂介质层不仅填充在光子晶体的空气孔内，而且包覆在光子晶体的表面。为了暴露导电层，需要采用干法刻蚀等方法将光子晶体表面的介质绝缘层去除。此时，在外延片表面，GaN材料中镶嵌着纳米尺寸的SiO₂介质层。使用电子束蒸发在光子晶体的表面沉积电流扩展层，并退火形成欧姆接触，再在电流扩展层上制备金属电极。由于欧姆接触层与半导体材料的接触面积较小，因此欧姆接触性能较差，芯片的电压偏高。

实用新型内容

有鉴于此，为解决上述现有技术中的问题，本实用新型提供了一种欧姆接触性能优化的光子晶体LED芯片，具有提高欧姆接触性能、工艺简单、制备方式快速的优点，在负电极与N型掺杂GaN材料分界面上形成接触面光子晶体，并形成欧姆接触层和电流横向扩散层双层结构，提升芯片性能。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下。

一种欧姆接触性能优化的光子晶体LED芯片，主体为发光单元，包括金属反射电极、透明电流扩展层、P型掺杂GaN层、P型掺杂AlGaN层、量子阱层、N型掺杂GaN层、非故意掺杂GaN层、GaN缓冲层和蓝宝石衬底，所述金属反射电极包括正电极和负电极，所述蓝宝石衬底与GaN缓冲层接触连接，所述GaN缓冲层与非故意掺杂GaN层接触连接，所述非故意掺杂GaN层与N型掺杂GaN层接触连接，所述N型掺杂GaN层与量子阱层接触连接，所述量子阱层与P型掺杂AlGaN层接触连接，所述P型掺杂AlGaN层与P型掺杂GaN层接触连接，所述P型掺杂GaN层与透明电流扩展层接触连接，所述透明电流扩展层与正电极接触连接，所述N型掺杂GaN层还与负电极接触连接。

进一步地，所述光子晶体LED芯片为倒装结构，所述发光单元呈圆台形状，圆台直径为120～220μm，分布有有源区光子晶体。