单片交流氮化铟镓发光芯片

小英说半导体

如今，首次单片已集成了高击穿肖特基势垒二极管(SBD)和氮化铟镓(InGaN)发光二极管 (LED)，以提供由交流电(AC)供电的单芯片。因此，英思特这款3W器件结合了III族氮化物平台的高压和发光能力。

开发的关键是使用循环蚀刻工艺，包括“干”等离子体和“湿”溶液步骤，以减少干扰SBD性能的表面缺陷能级。英思特研究发现通过循环混合蚀刻修复反应离子蚀刻引起的III族氮化物缺陷的方法可能会扩展到微型LED显示设备的开发中，其中像素化LED由于效率低下像素侧壁上存在高密度表面态。

图1：(a) AC-LED 的电路配置(b) 单片集成LED和SBD的示意图(c)制造的AC-LED 芯片的显微照片

电感耦合等离子体(ICP)蚀刻至4.5微米的深度，为SBD和LED器件创建了隔离台面。进一步的ICP蚀刻暴露了LED的n-GaN欧姆接触区域，深度为1.2μm。

混合湿法/干法蚀刻工艺用于从SBD台面去除LED层，留下无意掺杂的GaN表面。混合蚀刻的三个循环用于在SBD的无意掺杂的GaN层上提供低密度的表面缺陷。该循环包括使用基于氯的ICP的反应离子蚀刻，然后是沸腾的氢氧化钾(KOH)溶液。使用图案化的镍硬掩模保护未蚀刻区域。混合蚀刻后，退火步骤将温度升至 750℃，在氮气中保持2分钟。

LED的p-GaN触点是氧化铟锡(ITO)。LED和SBD的n-GaN触点由钛/铝/钛/金 (Ti/Al/Ti/Au)组成。这些电子束蒸发触点设计为欧姆触点。无意掺杂的GaN上的镍/金 (Ni/Au)肖特基接触被热蒸发。

这些芯片用导热粘合剂固定在铜散热器上。金线将设备连接到包装的外部引线。芯片被封装在带有透明半球形塑料盖的高折射率硅树脂中。然后将该设备安装在印刷电路板上，并放置在带有远程荧光板的灯具中，目的是产生约 5000K 的白光。

器件表面用等离子增强化学气相沉积(PECVD)500纳米厚的二氧化硅钝化。使用通孔通过钝化进行接触。微型LED阵列和基于肖特基二极管的桥式整流器单片电路的金属互连由 Ti/Al/Ti/Au 组成。

循环蚀刻工艺使SBD的反向击穿电压超过120V，而使用传统蚀刻生产的器件的反向击穿电压约为27V。

120VSBD的正向电压在20mA注入时约为2.6V。在100V偏压下反向漏电流小于10μA。测量结果清楚地表明，这项工作中开发的循环混合蚀刻配方使ICP蚀刻的GaN表面恢复到器件质量，并有效抑制了Ni/GaN肖特基结的反向泄漏。