芯片制作对半导体照明光源的影响
芯片制作对于改善功率型LED 器件的工作电压，提高器件光提取效率有着重要影响，对降低管芯的热阻也起着决定性作用。
要获得低工作电压器件、降低器件热阻，必须解决电极材料与GaN 材料的欧姆接触问题。过大的接触电阻不仅会增加器件工作电压、影响流明效率，还会导致发热严重，升高LED 结温，影响器件的内量子效率和稳定性，缩短使用寿命。
如前所述，受限于目前的生长技术，p 型GaN 材料的空穴浓度仍然较低。由于p 型GaN 材料的功函数较大（7.5 eV），没有与之相当的金属材料，因而p 型欧姆接触电极的制作相对困难。为了制作良好的p 型GaN 欧姆接触电极，笔者采用热处理p 型GaN 后步活化工艺以提高载流子浓度；使用高功函数的金属材料，如Ni/Au、Ni/Pt；采用表面处理工艺来改善p 型GaN 表面状况等。图4 给出了实验优化工艺处
理后获得的p 型GaN 低欧姆接触数据，其接触电阻率达到5×10-4Ω/cm2。在获得良好的器件电学性能后，结合器件光学性能，获得既具有低比接触电阻率，又具有高光学反射率或透过率的电极，是GaN 基LED 器件电极制作工艺中研究的重点。同时，设计具有合理拓扑结构的电极图形，以改善电流分布，减小器件热量分布不均匀导致失效的可能性，增加器件使用寿命。
图4 表面处理前后p 型GaN 欧姆接触性能对比
管芯制作的另一个关键是提高芯片光提取效率。由于GaN 材料本身折射率较大（折射率2.40～2.50），与衬底蓝宝石（折射率1.78）和封装树脂（折射率1.50）之间存在较大的折射率差，使得大量的光被限制在GaN薄层材料中，降低了光提取效率，影响了器件的流明效率。因此，设计新的器件结构，对界面粗糙化，提高器件的光提取效率则十分迫切。由于GaN 材料本身稳定的物理、化学性质，使得电感应耦合等离子（ICP）干法刻蚀成为制作各种GaN 微结构的关键技术，同时也是共面电极（即p-n 电极位于芯片同一侧）结构LED 制作n电极的主要技术。为保证器件性能，要求刻蚀具有高速率、大深度、垂直侧壁、光滑界面及强的非选择性。人们常采用Cl2/Ar/BCl3 气体获得的刻蚀结果，在BCl3 含量为20%时，实现了GaN/Al028Ga072N 材料的大速率（350 nm/min）、非选择性（GaN 和AlGaN 的选择比接近1）、光滑（表面均方根粗糙度为0.5nm）刻蚀。
对于共面电极GaN 基功率型LED，主要的器件结构包括从p 型GaN 出光的正面结构和从蓝宝石衬底出光的倒装结构2 种。传统的正面结构LED 多采用Ni/Au 材料作为p 型电极，受限于Ni/Au 材料对蓝光的强烈吸收作用，电极往往较薄（小于10 nm），且透过率较低（小于50%）。在大尺寸、功率型LED 中，其p 型电极的电流扩展性能和光学性能较差，因此无法获得大电流注入、高亮度的器件。与之相比，采用倒装结构LED 选用高光学反射率的厚合金材料作为p 型欧姆接触电极，具有良好的欧姆接触特性和电流扩展性能；同时通过p 型电极将热量传导到热沉，比通过蓝宝石散热的具有更短的传输距离和更大的热传导率，其热学性能也具有优势。因此，倒装结构LED 具有比正面结构更好的器件性能。由倒装结构和正面结构LED 管芯随注入电流增加输出光强的变化可知，倒装结构LED 饱和电流大，大电流下输出光强也相应较大。需要指出的是，垂直结构双面电极LED（如SiC 衬底LED 以及激光剥离LED 等）在热量传导上具有的优势，已成为令人瞩目的研究热点。
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