芯片制作對半導體照明光源的影響
芯片制作對于改善功率型LED 器件的工作電壓，提高器件光提取效率有著重要影響，對降低管芯的熱阻也起著決定性作用。
要獲得低工作電壓器件、降低器件熱阻，必須解決電極材料與GaN 材料的歐姆接觸問題。過大的接觸電阻不僅會增加器件工作電壓、影響流明效率，還會導致發(fā)熱嚴重，升高LED 結溫，影響器件的內量子效率和穩(wěn)定性，縮短使用壽命。
如前所述，受限于目前的生長技術，p 型GaN 材料的空穴濃度仍然較低。由于p 型GaN 材料的功函數(shù)較大（7.5 eV），沒有與之相當?shù)慕饘俨牧�，因而p 型歐姆接觸電極的制作相對困難。為了制作良好的p 型GaN 歐姆接觸電極，筆者采用熱處理p 型GaN 后步活化工藝以提高載流子濃度；使用高功函數(shù)的金屬材料，如Ni/Au、Ni/Pt；采用表面處理工藝來改善p 型GaN 表面狀況等。圖4 給出了實驗優(yōu)化工藝處
理后獲得的p 型GaN 低歐姆接觸數(shù)據(jù)，其接觸電阻率達到5×10-4Ω/cm2。在獲得良好的器件電學性能后，結合器件光學性能，獲得既具有低比接觸電阻率，又具有高光學反射率或透過率的電極，是GaN 基LED 器件電極制作工藝中研究的重點。同時，設計具有合理拓撲結構的電極圖形，以改善電流分布，減小器件熱量分布不均勻導致失效的可能性，增加器件使用壽命。
圖4 表面處理前后p 型GaN 歐姆接觸性能對比
管芯制作的另一個關鍵是提高芯片光提取效率。由于GaN 材料本身折射率較大（折射率2.40～2.50），與襯底藍寶石（折射率1.78）和封裝樹脂（折射率1.50）之間存在較大的折射率差，使得大量的光被限制在GaN薄層材料中，降低了光提取效率，影響了器件的流明效率。因此，設計新的器件結構，對界面粗糙化，提高器件的光提取效率則十分迫切。由于GaN 材料本身穩(wěn)定的物理、化學性質，使得電感應耦合等離子（ICP）干法刻蝕成為制作各種GaN 微結構的關鍵技術，同時也是共面電極（即p-n 電極位于芯片同一側）結構LED 制作n電極的主要技術。為保證器件性能，要求刻蝕具有高速率、大深度、垂直側壁、光滑界面及強的非選擇性。人們常采用Cl2/Ar/BCl3 氣體獲得的刻蝕結果，在BCl3 含量為20%時，實現(xiàn)了GaN/Al028Ga072N 材料的大速率（350 nm/min）、非選擇性（GaN 和AlGaN 的選擇比接近1）、光滑（表面均方根粗糙度為0.5nm）刻蝕。
對于共面電極GaN 基功率型LED，主要的器件結構包括從p 型GaN 出光的正面結構和從藍寶石襯底出光的倒裝結構2 種。傳統(tǒng)的正面結構LED 多采用Ni/Au 材料作為p 型電極，受限于Ni/Au 材料對藍光的強烈吸收作用，電極往往較�。ㄐ∮�10 nm），且透過率較低（小于50%）。在大尺寸、功率型LED 中，其p 型電極的電流擴展性能和光學性能較差，因此無法獲得大電流注入、高亮度的器件。與之相比，采用倒裝結構LED 選用高光學反射率的厚合金材料作為p 型歐姆接觸電極，具有良好的歐姆接觸特性和電流擴展性能；同時通過p 型電極將熱量傳導到熱沉，比通過藍寶石散熱的具有更短的傳輸距離和更大的熱傳導率，其熱學性能也具有優(yōu)勢。因此，倒裝結構LED 具有比正面結構更好的器件性能。由倒裝結構和正面結構LED 管芯隨注入電流增加輸出光強的變化可知，倒裝結構LED 飽和電流大，大電流下輸出光強也相應較大。需要指出的是，垂直結構雙面電極LED（如SiC 襯底LED 以及激光剝離LED 等）在熱量傳導上具有的優(yōu)勢，已成為令人矚目的研究熱點。
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