CN105449055A - 一种串联pn结发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种串联PN结发光二极管及其制作方法，涉及半导体元器件—发光二极管的生产技术领域。本发明先利用MOCVD在基板上生长PiN结和串联PN结，PiN结与传统结构一致，串联PN的生长将跟据电压的需求，来对外延层的组分、掺杂和厚度进行调整。芯片工艺主要采用正极性、反极性和同侧电极的工艺。本发明在量子阱的任意一侧串联可调节电压的串联PN结，实现四元系AlGaInP发光二极管的电压可调节，实现电压范围在2.2～3.5V之间，使得产品与蓝绿光的搭配更简单。
Description
技术领域
本发明涉及半导体元器件——发光二极管的生产技术领域。
背景技术
发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)属半导体元器件之一，由于LED具有寿命长、功耗小、体积小、坚固耐用、多色显示、响应时间快、冷光发射、工作温度稳定性好、电压低和有利于环保，已经广泛应用于建筑物外观照明、景观照明、标识与指示性照明、室内空间展示照明、娱乐场所及舞台照明和视频屏幕，随着显示屏采用LED当背光源后，LED将打开了新的应用领域。
传统四元系AlGaInPLED有源区的带宽决定了器件的电压范围在1.8～2.2伏之间，而GaN蓝绿光LED的电压范围在2.8～3.5伏之间，由于电压范围不匹配，电路要单独设计，增加了设计复杂度和成本。
发明内容
鉴于上述传统LED的缺点，本发明提出一种通过串联可实现电压范围在2.2～3.5V之间的串联PN结发光二极管。
本发明包括在基板一侧设置下电极，在基板另一侧依次设置DBR层、N限制层、有源层、P限制层、电流扩展层、欧姆接触层和上电极，其特征在于在P限制层和电流扩展层之间设置相互串联的P型层和N型层。
本发明形成了量子阱（MQW）PiN结和串联PN结，PiN结与传统结构一致，串联PN的生长可根据电压的需求，来对外延层的组分、掺杂和厚度进行调整。本发明在量子阱的任意一侧串联可调节电压的串联PN结，实现四元系AlGaInP发光二极管的电压可调节，实现电压范围在2.2～3.5V之间，使得产品与蓝绿光的搭配更简单，并拓展了应用领域。
进一步地，本发明所述P型层材料为(AlxGa91-x))0.5In0.5P，其中，x为0或1，并以Mg或C进行掺杂，掺杂浓度为1e17～1e19。该P型材料与体系材料相匹配，选用的掺杂源可以实现较高的掺杂，能够实现电压的0.01至1.5V的电压调节。
所述N型层材料为(AlxGa91-x))0.5In0.5P，其中，x为0至1，并以Si或Te进行掺杂，掺杂浓度为1e17～1e19。该N型材料与体系材料相匹配，选用的掺杂源可以实现较高的掺杂，能够实现电压的0.01至1.5V的电压调节。
另外，本发明还可在欧姆接触层和上电极之间设置ITO层。ITO材料具备良好的导电及透光性能，厚度在1000至5000A的范围内，透过率可以达到90%以上，可以作为增透膜提高透过率。另外，ITO的电导率接近金属，有良好的电流扩展功能。因此，ITO在光电领域有广泛的应用。
本发明另一目的是提出以上串联PN结发光二极管的其制作方法。
本发明包括以下步骤：
1）在基板一侧通过有机金属气相外延法依序生长DBR层、N限制层、有源层、P限制层、电流扩展层和欧姆接触层；
2）制作上电极；
3）在将基板减薄后，在基板的另一侧制作下电极；
其特征在于：在电流扩展层外延形在后，在电流扩展层上制作串取的P型层和N型层。
本发明先利用MOCVD在基板上生长PiN结和串联PN结，PiN结与传统结构一致，串联PN的生长将跟据电压的需求，来对外延层的组分、掺杂和厚度进行调整。芯片工艺主要采用正极性、反极性和同侧电极的工艺。
附图说明：
图1为传统的正极性LED芯片结构示意图。
图2为传统正极性ITO-LED芯片结构示意图。
图3为本发明的一种结构示意图。
图4为本发明的另一种结构示意图。
各附图标记说明：
101、201为上电极；102、202为欧姆接触层；103、203为电流扩展层；104、204为P限制层；105、205为有源层；106、206为N限制层；107、207为DBR层；108、208为GaAs基板；109、209为下电极；212为ITO层；301、401为P型层；302、402为N型层。
具体实施方式：
图1和图2为典型的两类产品。
图1显示了在GaAs基板108一侧设置下电极109，在基板108另一侧依次设置DBR层107、N限制层106、有源层105、P限制层104、电流扩展层103、欧姆接触层102和上电极101。
图2显示了在GaAs基板208一侧设置下电极209，在基板208另一侧依次设置DBR层207、N限制层206、有源层205、P限制层204、电流扩展层203、欧姆接触层202、ITO层212和上电极201。
图1为发展最早的产品结构图，目前主要应用于数码点阵，指示领域，图2为ITO技术的产品结构图，因其成本低和性能高的优点，目前应用比较广泛，主要应用于市内显示屏，并可取代图1产品。
本发明在量子阱（MQWPiN）的任意一侧串联可调节电压的串联PN结，实现四元系AlGaInP发光二极管的电压可调节，与蓝绿光的搭配更简单，并拓展了应用领域。
实施实例一：
如图3示，在材料为GaAs的生长基板108上通过有机金属气相外延法在基板108同一侧依序生长DBR层107（GaAs/AlGaAs）；N限制层106（AlInP）；有源层105（AlxGa(1-x)InP）；P限制层104（AlInP）；P型层302(AlAs或AlGaAs或AlInP或GaInP，并符合：(AlxGa91-x))0.5In0.5P，其中，x为0或1。)，该层的掺杂剂可选择Mg或C，掺杂浓度范围1e17至1e19；N型层301(AlAs或AlGaAs或AlInP或GaInP，并符合：(AlxGa91-x))0.5In0.5P，其中，x为0或1。)，该层的掺杂剂可选择Si或Te，掺杂浓度范围1e17至1e19；电流扩展层103（GaP或(AlxGa(1-x))0.5In0.5P）；欧姆接触层102（InxGa(1-x)As或GaP），形成完整的发光二极管外延结构。
芯片工艺制作：选用215和511溶液清洗，利用电子束蒸发和热蒸发的方式在欧姆接触层102表面蒸镀电极层，电极层中的欧姆接触金属选用AuBe，焊线电极选用金属Au或Al，阻挡层选用金属Ti。蒸镀金属后，涂覆2微米左右的正性光刻胶，光刻尺寸为60至100微米，曝光15s，120度烘烤30min，显影1min吹干。再经过金蚀刻液蚀刻5min，选用AZ700去胶液，去除温度60～100℃，上电极101制作完成。欧姆接触的退火温度范围为400～550℃。再经研磨，将GaAs的生长基板108减薄至160～190微米内，选用215溶液清洗后，利用热蒸发的方式，在GaAs的生长基板108表面蒸镀金属电极109，金属选用AuGe，厚度500至2000埃。
通过以上流程制作出图3的产品，该产品为反极性LED芯片。
实施实例二：
如图4所示，在材料为GaAs的生长基板208上通过有机金属气相外延法在基板208同一侧依序生长DBR层207（GaAs/AlGaAs）；N限制层206（AlInP）；有源层MQW105（AlxGa(1-x)InP）；P限制层204（AlInP）；P型层402(AlAs或AlGaAs或AlInP或GaInP，并符合：(AlxGa91-x))0.5In0.5P，其中，x为0或1。)，该层的掺杂剂可选择Mg或C，掺杂浓度范围1e17至1e19；N型层401(AlAs或AlGaAs或AlInP或GaInP，并符合：(AlxGa91-x))0.5In0.5P，其中，x为0或1。)，该层的掺杂剂可选择Si或Te，掺杂浓度范围1e17至1e19；电流扩展层203（GaP或(AlxGa(1-x))0.5In0.5P）；；欧姆接触层202（GaInP），形成完整的发光二极管外延结构。
芯片工艺制作：选用ACE溶液清洗，利用电子束蒸发的方式在欧姆接触层202表面蒸镀ITO层212，采用负胶剥离的方式制作上电极，负胶厚度4至7微米，曝光5至15s，显影30至60s，利用电子束蒸发的方式蒸镀金属，上电极201分两种结构，第一种的结构为Cr\Ti\Pt\Al，第二种结构为Cr\Au，蒸镀完成后，浸泡ACE中5至20min，将负胶剥离，上电极101制作完成。再用大盘研磨，将GaAs的生长基板108减薄至160～190微米，利用热蒸发的方式，在GaAs的生长基板108表面蒸镀金属电极209，金属选用AuGe，厚度500～2000埃，采用管式炉退火10min，退火温度380～450℃。
通过以上流程制作出图4的产品，该产品为串联PN结正极性LED芯片。
Claims (8)
1.一种串联PN结发光二极管，包括在基板一侧设置下电极，在基板另一侧依次设置DBR层、N限制层、有源层、P限制层、电流扩展层、欧姆接触层和上电极，其特征在于在P限制层和电流扩展层之间设置相互串联的P型层和N型层。
2.根据权利要求1所述串联PN结发光二极管，其特征在于所述P型层材料为(AlxGa91-x))0.5In0.5P，其中，x为0或1，并以Mg或C进行掺杂，掺杂浓度为1e17～1e19。
3.根据权利要求1或2所述串联PN结发光二极管，其特征在于所述N型层材料为(AlxGa91-x))0.5In0.5P，其中，x为0至1，并以Si或Te进行掺杂，掺杂浓度为1e17～1e19。
4.根据权利要求1所述串联PN结发光二极管，其特征在于在欧姆接触层和上电极之间设置ITO层。
5.如权利要求1所述串联PN结发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
1）在基板一侧通过有机金属气相外延法依序生长DBR层、N限制层、有源层、P限制层、电流扩展层和欧姆接触层；
2）制作上电极；
3）在将基板减薄后，在基板的另一侧制作下电极；
其特征在于：
在电流扩展层外延形在后，在电流扩展层上制作串取的P型层和N型层。
6.根据权利要求5所述串联PN结发光二极管的制作方法，其特征在于：在制作P型层时，以(AlxGa91-x))0.5In0.5P为材料，并以Mg或C进行掺杂，掺杂浓度为1e17～1e19，其中，x为0或1。
7.根据权利要求5或6所述串联PN结发光二极管的制作方法，其特征在于：在制作N型层时，以(AlxGa91-x))0.5In0.5P为材料，并以Si或Te进行掺杂，掺杂浓度为1e17～1e19，其中，x为0至1。
8.根据权利要求5所述串联PN结发光二极管的制作方法，其特征在于：在制作上电极时，先在欧姆接触层上制作ITO层，然后在ITO层上形成上电极。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160330 |
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