CN102054912A - 一种发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，通过在外延片中加入电流扩展曾，使用键合材料和半导体材料形成肖特基势垒的方法阻挡和扩展电流，增加电流密度，提高发光二极管亮度，亮度提升范围是5％-10％。本发明避免采用二次外延技术，这样可以降低生产成本，简化生产过程，缩短生产时间，提高良率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，属于半导体技术领域。
技术背景
发光二极管具有可靠性高、功耗低、抗冲击、寿命长、使用环境温度广等一系列优点，是信息显示的重要手段，可广泛应用于显示领域，如汽车信号灯、交通指示灯、大屏幕显示等，并可以取代白炽灯、日光灯作为高效、节能、长寿命的照明光源。AlGaInP是一种直接跃迁的发光材料，发光效率高，通过调整组分可实现发光波长从560nm至650nm可调。AlGaInP系发光二极管大部分的注入电流集中在电极的正下方，然而当发光区产生的光射向电极时，大部分光被电极反射，最后被半导体吸收转成热。因此，避免电极部分挡光就成为AlGaInP系发光二极管的研究方向之一。在1989年，Gaw等人在美国专利(公开号：4864370)中指出在电极的正下方加入电流阻挡层，可以减少电极下的电流，提高出光效率；1991年，日本Toshiba公司的Sugawara等人在美国专利(公开号：5048035)在出光层和上限制层中加入PN接触面，但是因为要采用二次外延技术，在二次外延生长过程中，会产生更多的晶格缺陷，因此生产成本较高，良率较低。
本发明通过使用键合材料和半导体材料形成肖特基势垒的方法阻挡和扩展电流，增加电流密度，提高发光二极管亮度，提升范围是5％-10％。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供一种发光二极管及其制造方法，通过使用键合材料和半导体材料形成肖特基势垒的方法阻挡和扩展电流，增加电流密度，提高发光二极管亮度，亮度提升范围是6％-10％。本发明避免采用二次外延技术，这样可以降低生产成本，简化生产过程，缩短生产时间，提高良率。
本发明的技术方案为：一种发光二极管，从下至上依次包括衬底、缓冲层、反射层、n型限制层、发光区、p型限制层、窗口层、出光层和电极；其中，在窗口层和p型限制层间加入电流阻挡层形成肖特基势垒，所述电流阻挡层的厚度为0.01-5.0μm。所述电流阻挡层的材料是SiO2、TiO2、Ti2O5、ZnO或者Al2O3。
所述电流阻挡层的厚度优选为0.1-1.0μm；电流阻挡层的材料优选为SiO2、TiO2或Al2O3。
一种发光二极管的制造方法，用金属有机化学气相沉积方法依次在GaAs衬底上外延生长缓冲层、反射层、n型限制层、发光区、p型限制层和窗口层，得到发光二极管外延片；然后进行下列步骤：
(1)用硫酸清洗后，在窗口层上刻蚀出生长电流阻挡层的区域，刻蚀的方法采用干法或湿法刻蚀，刻蚀深度等于透窗口层的厚度；
(2)采用蒸镀方法，在蒸镀温度150℃，压强小于5×10-6torr，蒸发速率0.1nm/s的条件下生长电流阻挡层，采用的材料是SiO2、TiO2、Ti2O5、ZnO或者Al2O3，得到电流阻挡层厚度为0.01-5.0μm，退火后有效的电流阻挡层的厚度为0.01-1.0μm；
(3)在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.1-20.0μm的出光层；
(4)然后在压力为80×155par，750℃下，在衬底一侧生长n型电极，在出光层上生长p型电极。
本发明的技术方案与现有技术的区别与优点在于：
1.避免采用二次外延技术，降低生产成本，简化生产过程，缩短生产时间，提高良率；
2.在窗口层和p型限制层间加入电流阻挡层，这样通过退火可以使p型限制层中部分Al被氧化，形成有效的电流阻挡层，改变P型限制层的组份，从而形成肖特基势垒；或者直接填充不导电的材料，如SiO2、TiO2、Al2O3等材料。总之，在电极和电流阻挡层间不形成p型欧姆接触。
附图说明
图1为含有电流阻挡层的发光二极管结构示意图。
其中：1-n型电极；2-衬底；3-缓冲层，4-反射层，5-n型限制层，6-发光层，7-p型限制层，8-窗口层，9-p型电极；10-电流阻挡层，11-出光层。
具体实施方式
实施例1
采用金属有机化学气相沉积方法(下称MOCVD方法)，从下到上依次生长：
1.将GaAs衬底放入反应室中，在晶向(100)偏<111>15°，压力为80×155par，700℃下，生长GaAs缓冲层，生长厚度是200nm；
2.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为2.0μm的反射层；
3.在压力为80×155par，740℃下生长厚度为1.0μm的n型限制层；
4.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.2μm的发光层；
5.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.7μm的p型限制层；
6.在压力为80×155par，700℃下生长厚度为3μm的窗口层，得到外延片；
7.用硫酸清洗后，在窗口层上刻蚀出生长电流阻挡层的区域，刻蚀的方法采用ICP干法刻蚀，刻蚀深度要大于窗口层的厚度；
8.采用蒸镀方法，在蒸镀温度150℃，压强小于5×10-6torr，蒸发速率0.1nm/s的条件下生长电流阻挡层，采用的材料是SiO2，得到电流阻挡层厚度为0.01μm，然后退火，最终得到有效的电流阻挡层的厚度为0.01μm；
9.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.1μm的SiO2作为出光层；
10.然后在压力为80×155par，750℃下，在衬底一侧生长n型电极，在出光层上生长p型电极。
本实施例得到的发光二极管，亮度约提高6％。
实施例2
采用MOCVD生长方法，从下到上依次生长：
1.将GaAs衬底放入反应室中，在晶向(100)偏<111>15°，压力为80×155par，750℃下，生长GaAs缓冲层，生长厚度是200nm；
2.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为4.0μm的反射层；
3.在压力为80×155par，740℃下生长厚度为1.0μm的n型限制层；
4.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.2μm的发光层；
5.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.7μm的p型限制层；
6.在压力为80×155par，730℃下生长厚度为12μm的窗口层，得到外延片；
7.用硫酸清洗后，在窗口层上刻蚀出生长电流阻挡层的区域，刻蚀的方法采用ICP干法刻蚀，刻蚀深度要大于窗口层的厚度；
8.采用蒸镀方法，在蒸镀温度150℃，压强小于5×10-6torr，蒸发速率0.1nm/s的条件下生长电流阻挡层，采用的材料是TiO2，得到电流阻挡层厚度为5.0μm，然后退火，最终有效的电流阻挡层的厚度为1.0μm；
9.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为10.0μm的SiO2作为出光层；
10.然后在压力为80×155par，750℃下，在衬底一侧生长n型电极，在出光层上生长p型电极。
本实施例得到的发光二极管，亮度约提高6％。
实施例3
采用MOCVD生长方法，从下到上依次生长：
1.将GaAs衬底放入反应室中，在晶向(100)偏<111>15°，压力为80×155par，700-750℃下，生长GaAs缓冲层，生长厚度是200nm；
2.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为3.0μm的反射层；
3.在压力为80×155par，740℃下生长厚度为1.0μm的n型限制层；
4.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.2μm的发光层；
5.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.7μm的p型限制层；
6.在压力为80×155par，735℃下生长厚度为5μm的窗口层，得到外延片；
7.用硫酸清洗后，在窗口层上刻蚀出生长电流阻挡层的区域，刻蚀的方法采用ICP干法刻蚀，刻蚀深度要穿大于口层的厚度；
8.采用蒸镀方法，在蒸镀温度150℃，压强小于5×10-6torr，蒸发速率0.5nm/s的条件下生长电流阻挡层，采用的材料是Al2O3，得到电流阻挡层厚度为0.1μm，然后退火，最终有效的电流阻挡层的厚度为0.05μm；
9.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为20.0μm的SiO2作为出光层；
10.然后在压力为80×155par，750℃下，在衬底一侧生长n型电极，在出光层上生长p型电极。
本实施例得到的发光二极管，亮度约提高6％。
实施例4
采用MOCVD生长方法，从下到上依次生长：
1.将GaAs衬底放入反应室中，在晶向(100)偏<111>15°，压力为80×155par，700-750℃下，生长GaAs缓冲层，生长厚度是200nm；
2.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为2.0-4.0μm的反射层；
3.在压力为80×155par，740℃下生长厚度为1.0μm的n型限制层；
4.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.2μm的发光层；
5.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.7μm的p型限制层；
6.在压力为80×155par，720℃下生长厚度为10μm的窗口层，得到外延片；
7.用硫酸清洗后，在窗口层上刻蚀出生长电流阻挡层的区域，刻蚀的方法采用ICP干法刻蚀，刻蚀深度等于透窗口层的厚度；
8.采用蒸镀方法，在蒸镀温度150℃，压强小于5×10-6torr，蒸发速率0.1nm/s的条件下生长电流阻挡层，采用的材料是Ti2O5，得到电流阻挡层厚度为1.0μm，然后退火，最终有效的电流阻挡层的厚度为0.5μm；
9.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为5.0μm的Al2O3作为出光层；
10.然后在压力为80×155par，750℃下，在衬底一侧生长n型电极，在出光层上生长p型电极。
本实施例得到的发光二极管，亮度约提高6％。
实施例5
采用MOCVD生长方法，从下到上依次生长：
1.将GaAs衬底放入反应室中，在晶向(100)偏<111>15°，压力为80×155par，700-750℃下，生长GaAs缓冲层，生长厚度是200nm；
2.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为2.0-4.0μm的反射层；
3.在压力为80×155par，740℃下生长厚度为1.0μm的n型限制层；
4.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.2μm的发光层；
5.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.7μm的p型限制层；
6.在压力为80×155par，700℃下生长厚度为3-12μm的窗口层，得到外延片；
7.用硫酸清洗后，在窗口层上刻蚀出生长电流阻挡层的区域，刻蚀的方法采用ICP干法刻蚀，刻蚀深度要大于窗口层的厚度；
8.采用蒸镀方法，在蒸镀温度150℃，压强小于5×10-6torr，蒸发速率0.1nm/s的条件下生长电流阻挡层，采用的材料是ZnO，得到电流阻挡层厚度为0.5μm，然后退火，最终有效的电流阻挡层的厚度为0.8μm；
9.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为15.0μm的TiO2作为出光层；
10.然后在压力为80×155par，750℃下，在衬底一侧生长n型电极，在出光层上生长p型电极。
本实施例得到的发光二极管，亮度约提高10％。
实施例6
采用MOCVD生长方法，从下到上依次生长：
1.将GaAs衬底放入反应室中，在晶向(100)偏<111>15°，压力为80×155par，700-750℃下，生长GaAs缓冲层，生长厚度是200nm；
2.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为2.0-4.0μm的反射层；
3.在压力为80×155par，740℃下生长厚度为1.0μm的n型限制层；
4.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.2μm的发光层；
5.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.7μm的p型限制层；
6.在压力为80×155par，700℃下生长厚度为3-12μm的窗口层，得到外延片；
7.用硫酸清洗后，在窗口层上刻蚀出生长电流阻挡层的区域，刻蚀的方法采用湿法刻蚀，刻蚀深度要大于窗口层的厚度；
8.采用蒸镀方法，在蒸镀温度150℃，压强小于5×10-6torr，蒸发速率0.1nm/s的条件下生长电流阻挡层，采用的材料是ZnO，得到电流阻挡层厚度为2.0μm，然后退火，最终有效的电流阻挡层的厚度为0.8μm；
9.在压力为80×155par，750℃下生长厚度为1.0μm的TiO2作为出光层；
10.然后在压力为80×155par，750℃下，在衬底一侧生长n型电极，在出光层上生长p型电极。
本实施例得到的发光二极管，亮度约提高7％。
Claims (5)
1.一种发光二极管，从下至上依次包括衬底、缓冲层、反射层、n型限制层、发光区、p型限制层、窗口层、出光层和电极，其特征在于，在窗口层和p型限制层间加入电流阻挡层形成肖特基势垒，所述电流阻挡层的厚度为0.01--5.0μm。
2.根据权利要求书1所述的发光二极管，其特征在于所述电流阻挡层的材料是SiO2、TiO2、Ti2O5、ZnO或者Al2O3。
3.根据权利要求书1所述的发光二极管，其特征在于所述电流阻挡层的厚度为0.1-1.0μm。
4.根据权利要求书1或3所述的发光二极管，其特征在于所述电流阻挡层的材料是SiO2、TiO2或Al2O3。
5.一种发光二极管的制造方法，用金属有机化学气相沉积方法依次在GaAs衬底上外延生长缓冲层、反射层、n型限制层、发光区、p型限制层和窗口层，得到发光二极管外延片；其特征在于生长步骤还包括：
(1)用硫酸清洗后，在窗口层上刻蚀出生长电流阻挡层的区域，刻蚀的方法采用干法或湿法刻蚀，刻蚀深度等于透窗口层的厚度；
(2)采用蒸镀方法，在蒸镀温度150℃，压强小于5×10-6torr，蒸发速率0.1nm/s的条件下生长电流阻挡层，采用的材料是SiO2、TiO2、Ti2O5、ZnO或者Al2O3，得到电流阻挡层厚度为0.01-5.0μm，退火后有效的电流阻挡层的厚度为0.01-1.0μm；
(3)在压力为80×155par，750℃下生长厚度为0.1-20.0μm的出光层；
(4)然后在压力为80×155par，750℃下，在衬底一侧生长n型电极，在出光层上生长p型电极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110511 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |