CN105932131A - 一种垂直结构AlGaInP基发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种垂直结构AlGaInP基发光二极管及其制造方法，属于光电子技术领域，本发明从下到上依次包括：第一电极、衬底、半导体发光层、电流阻挡层、透明导电层和第二电极；所述电流阻挡层设置在第二电极下方的所述透明导电层和半导体发光层之间。电流经过第二电极注入到氧化铟锡透明薄膜后，受电流阻挡层的影响在透明导电层进行横向扩展，将大部分电流注入到半导体发光层的有源区，这种分布式电流注入方式减缓了电流在电极下方的积聚，减少电流的无效注入，提升了发光效率。
Description
技术领域
本发明属于光电子技术领域，特别涉及AlGaInP四元系发光二极管的制造技术领域。
背景技术
四元系 AlGaInP 是一种具有直接宽带隙的半导体材料，已广泛应用于多种光电子器件的制备。由于材料发光波段可以覆盖可见光的红光到黄绿波段，由此制成的可见光发光二极管受到广泛关注。
传统的垂直结构AlGaInP发光二极管借助厚的P-GaP电流扩展层进行横向扩展后将电流注入发光区，一方面由于P-GaP电流扩展能力有限，电极下方附近区域电流密度较高，离电极较远的区域电流密度较低，导致整体的电流注入效率偏低，从而降低了发光二极管的出光效率。另一方面厚的P-GaP需要较长的生长时间，源耗较高，导致成本大大增加。
高亮度反极性AlGaInP芯片采用键合工艺实现衬底置换，用到热性能好的硅衬底（硅的热导率约为1.5W/K.cm）代替砷化镓衬底（砷化镓的热导率约为0.8W/K.cm），芯片具有更低热阻值，散热性能更好。目前虽然有采用高反射率的全方位反射镜技术来提高反射效率的方法，也有采用表面粗化技术改善芯片与封装材料界面处的全反射，亮度会更高。但是由于制作步骤繁多，工艺非常复杂，导致制作成本偏高，成品率低。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷，本发明目的是提出一种能提升发光二极管出光效率的发光二极管。
本发明从下到上依次包括：第一电极、衬底、半导体发光层、电流阻挡层、透明导电层和第二电极；其特征在于所述电流阻挡层设置在第二电极下方的所述透明导电层和半导体发光层之间。
由于以上结构，电流经过第二电极注入到氧化铟锡透明薄膜后，受电流阻挡层的影响在透明导电层进行横向扩展，将大部分电流注入到半导体发光层的有源区，这种分布式电流注入方式减缓了电流在电极下方的积聚，减少电流的无效注入，提升了发光效率。
进一步地，本发明所述电流阻挡层在半导体发光层上所占的面积不小于第二电极在透明导电层上所占的面积。通常产品不具有电流阻挡层结构电极，电流直接从电极下方注入有源区，电子与空穴在电极下方复合，受电极阻挡出光效率低。具有电流阻挡层结构的设计，电流横向扩展区域变大，即在远离电极的区域注入到有源区，同时不受电极遮光影响，提高了电流注入效率。
所述半导体发光层包括依次设置在衬底上的N-GaAs缓冲层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层和电流扩展层。
所述电流阻挡层的厚度为100～350nm。为了能够起到阻挡电流的作用，同时作为介质又不阻挡光的传输，电流阻挡层的厚度设计为所传输光的λ\4n的整数倍，这样光可以全部透过电流阻挡层而不会产生衰减，不会影响产品的亮度。
所述透明导电层的厚度为200～300nm。该厚度为通过光学计算所得对应红光起到增光作用的最佳光学厚度。
本发明的别一目的是提出以上产品的制造方法。
包括以下步骤：
1）先在一衬底的同一侧外延生长半导体发光层，取得外延片；其特征在于还包括以下步骤：
2）在外延片的半导体发光层表面通过PECVD生长一层SiO2材料层；然后在SiO2材料层上通过涂胶、光刻、显影制作出图形化的电流阻挡层；
3）在电流阻挡层和裸露的半导体发光层表面采用电子束蒸镀的方式沉积透明导电层；
4）在图形化的电流阻挡层上方的透明导电层上制作第二电极；在衬底的另一侧制作第一电极。
本发明工艺是在现有的垂直结构AlGaInP基发光二极管的制造方法简单，只需要现有的生产工艺上略加改进，即可实现大批量工业化生产，产品优良率高。
另外，所述图形化的电流阻挡层在半导体发光层上所占的面积不小于P电极在透明导电层上所占的面积，电流阻挡层的图形为矩形、正方形、圆形、椭圆形或多边形。一方面，不同形状及面积大小不一的电流阻挡层可以很好的引导电流横向扩展，提高电流注入效率，提升出光效率；另一方面，对于不同产品以不同的图形可以起到一定的辨识度，便于应用端区分不同类别和规格的产品，还可以对产品起到一定的防伪作用。
在外延生长半导体发光层时，于衬底的同一侧依次处延生长形成N-GaAs缓冲层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层和电流扩展层。
所述电流阻挡层的厚度为100～350nm。
所述透明导电层的厚度为200～300nm。
附图说明
图1为本发明为一种结构示意图。
具体实施方式
如图1所示：
一、制造工艺：
1、制作外延片：利用MOCVD设备在一片GaAs永久衬底201的同一面上依次生长N-GaAs缓冲层202、AlAs/AlGaAs反射层203、N-AlGaInP下限制层204、MQW多量子阱有源层205、P-AlGaInP上限制层206、P-GaInP缓冲层207、掺杂镁的P-GaP电流扩展层208。
其中P-GaP电流扩展层208优选厚度4000nm，掺杂元素均为镁（Mg），掺杂浓度为2×1019cm-3，以保证一定的电流扩展能力。
2、利用215号和511号清洗液清洗P-GaP电流扩展层208，利用PECVD在其上沉积厚度为100～350nm 的SiO2、SiNx、TiO或TiO2中的任意一种，经旋涂正性光刻胶，通过曝光，显影，制作出特定图形。再通过等离子打胶后，利用BOE，蚀刻60s，取得图形化的电流阻挡层102。图形可以为矩形、正方形、圆形、椭圆形或多边形中的一种。
3、将制作好图形的样品进行超声有机清洗10min，在电流阻挡层102和的裸露的P-GaP电流扩展层208表面利用电子束蒸镀的方式，沉积厚度为200～300nm的氧化铟锡透明导电薄膜，620nm波段透过率保证在92%以上，方块电阻在8 Ώ以内。
4、将制作好图形的样品进行超声有机清洗10min，旋涂负性光刻胶，经过烘烤，曝光，烘烤，显影后制作出电极图形，通过高速旋干机将样品旋干后进行等离子打胶2分钟。采用电子束蒸镀方式，在图形化的电流阻挡层102上方的透明导电层103表面依次沉积厚度为1500nm的NiCr和厚度为3000nm的Au作为第二电极104。
5、通过研磨机，对GaAs永久衬底201研磨，使芯片厚度减薄至180±20μm。
6、将研磨好的样品进行超声有机清洗10min，采用电子束蒸镀的方式在GaAs永久衬底201的背面依次形成厚度为50nm的 Au和厚度为300nm 的AuGe、厚度为30nm的Au，以此形成第一电极101。
7、采用RTA退火炉对芯片进行退火，经400～450℃退火，退火10～30s，即完成器件的制作。
二、形成的产品结构特点：
如图1所示，在GaAs永久衬底201的同一侧面上依次设置有N-GaAs缓冲层202、AlAs/AlGaAs反射层203、N-AlGaInP下限制层204、MQW多量子阱有源层205、P-AlGaInP上限制层206、P-GaInP缓冲层207、P-GaP电流扩展层208、电流阻挡层102、透明导电层103和第二电极104，在一永久衬底GaAs201的另一面设置第一电极101。
其中电流阻挡层102设置在第二电极104下方的透明导电层103和半导体发光层的P-GaP电流扩展层208之间。电流阻挡层102在半导体发光层上所占的面积不小于第二电极104在透明导电层103上所占的面积。
电流阻挡层102的厚度为100～350nm。
透明导电层103的厚度为200～300nm。
Claims (10)
1.一种垂直结构AlGaInP基发光二极管，从下到上依次包括：第一电极、衬底、半导体发光层、电流阻挡层、透明导电层和第二电极；其特征在于所述电流阻挡层设置在第二电极下方的所述透明导电层和半导体发光层之间。
2.根据权利要求1所述垂直结构AlGaInP基发光二极管，其特征在于：所述电流阻挡层在半导体发光层上所占的面积不小于第二电极在透明导电层上所占的面积。
3.根据权利要求1或2所述垂直结构AlGaInP基发光二极管，其特征在于：所述半导体发光层包括依次设置在衬底上的N-GaAs缓冲层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层和电流扩展层。
4.根据权利要求1或2所述垂直结构AlGaInP基发光二极管，其特征在于：所述电流阻挡层的厚度为100～350nm。
5.根据权利要求4所述垂直结构AlGaInP基发光二极管，其特征在于：所述透明导电层的厚度为200～300nm。
6.如权利要求1所述垂直结构AlGaInP基发光二极管的制造方法，先在一衬底的同一侧外延生长半导体发光层，取得外延片；其特征在于还包括以下步骤：
1）在外延片的半导体发光层表面通过PECVD生长一层SiO2材料层；然后在SiO2材料层上通过涂胶、光刻、显影制作出图形化的电流阻挡层；
2）在电流阻挡层和裸露的半导体发光层表面采用电子束蒸镀的方式沉积透明导电层；
3）在图形化的电流阻挡层上方的透明导电层上制作第二电极；在衬底的另一侧制作第一电极。
7.根据权利要求6所述垂直结构AlGaInP基发光二极管的制造方法，其特征在于：所述图形化的电流阻挡层在半导体发光层上所占的面积不小于P电极在透明导电层上所占的面积，电流阻挡层的图形为矩形、正方形、圆形、椭圆形或多边形。
8.根据权利要求6或7所述垂直结构AlGaInP基发光二极管的制造方法，其特征在于：在外延生长半导体发光层时，于衬底的同一侧依次处延生长形成N-GaAs缓冲层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层和电流扩展层。
9.根据权利要求6或7所述垂直结构AlGaInP基发光二极管的制造方法，其特征在于：所述电流阻挡层的厚度为100～350nm。
10.根据权利要求4所述垂直结构AlGaInP基发光二极管的制造方法，其特征在于：所述透明导电层的厚度为200～300nm。
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