CN110915005A - 发光二极管及其制作方法 - Google Patents

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李维环
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Abstract

一种发光二极管及其制作方法，其中该制作方法包括步骤：（1）提供一衬底（100），在该衬底（100）上形成外延结构，该外延结构包含第一半导体层（111）、AlGaInP有源层（112）、第二半导体层（113）和第三半导体层（114），所述第三半导体层（114）的材料为铝镓砷，厚度为30μm以上；（2）在所述外延结构之远离所述衬底（100）的一侧表面上制作第一电极（121）和第二电极（122），其中第一电极（121）电连接至第一半导体层（111）、第二电极（112）电连接至第二半导体层（113）；（3）去除该衬底（100），其中第三半导体层（114）支撑该外延叠层，确保其物理稳定性。

Description

发光二极管及其制作方法
技术领域
本发明属于半导体制造领域，具体涉及一种发光二极管及其制作方法。
背景技术
倒装发光二极管由于其免打线、无电极遮光、优良的散热等优点，是进一步提高发光二极管发光效率的有效技术手段。图3示出一种常规的具有透明衬底的倒装AlGaInP系LED结构，其采用透明键合层120将半导体结构（一般包含第一类型半导体层111、有源层112和第二类型半导体层113）转移至透明衬底101，并将p、n欧姆接触电极制作在透明衬底相对的一面，两个电极位于同一面，此后分别连接倒装焊接电极，实现倒装封装。
中国专利文献CN101897048A公开了一种薄的倒装AlGaInP芯片器件及其制作方法，具体为在半导体结构的同侧制作n电极和P电极，再将该半导体结构通过金属键合或者焊接的方式连接到载具上，最后移除该生长衬底。
中国专利文献CN107681034A公开了一种微型发光二极管及其制作方法，具体为在半导体结构的下表面制作n电极和p电极，将该外延结构键合至承载基板上，然后去除生长衬底。
前述各种倒装发光二极管器件在制作过程中均需要先将半导体结构键合连接到基板上，然后去除生长衬底。然而键合过程中容易造成器件损坏从而损失良率。
发明内容
根据本发明的第一个方面，提供了一种不用进行键合工艺的倒装型AlGaInP发光二极管及其制作方法。
该发光二极管的制作方法，包括步骤：（1）提供一衬底，在该衬底上形成外延结构，该外延结构包含第一半导体层、AlGaInP有源层、第二半导体层和第三半导体层，所述第三半导体层的材料为铝镓砷，厚度为30μm以上；（2）在所述外延结构之远离所述衬底的一侧表面上制作第一电极和第二电极，其中第一电极电连接至第一半导体层、第二电极电连接至第二半导体层；（3）去除该衬底，形成一倒装发光二极管，其中第三半导体层作为出光面的同时，支撑该外延叠层，确保其物理稳定性。
优选的，所述步骤(1) 依次包含下面步骤：（11）提供一衬底；（12）采用液相外延技术在该衬底上生长所述第三半导体层；（13）采用MOCVD外延技术，在该第三半导体层上依次形成第二半导体层、有源层和第一半导体层。
优选的，在步骤（1）中形成的第三半导体层的材料为铝镓砷，其中铝组分的含量为20%~95%。
优选地，在步骤（1）中形成的第三半导体层的厚度为30~300μm。
进一步地，在步骤（2）包括：蚀刻部分所述外延结构的第一半导体、有源层形成台面，该台面可蚀刻至第二半导体层或第三半导体层；在该台面上制作第二电极。
进一步地，在步骤（3）中，以第三半导体层作为支撑，去除所述衬底。
该发光二极管，包括：外延叠层，其依次包含第一半导体层、AlGaInP有源层、第二半导体层和第三半导体层，所述第三半导体层的材料为铝镓砷，厚度为30μm以上，一方面支撑所述外延叠层，以确保其物理稳定性，另一方面作为出光面；第一电极和第二电极，形成于所述外延叠层的同一侧上且远离所述第三半导体层，其中第一电极电连接所述第一半导体层，第二电极电连接第二半导体层。
进一步地，所述第三半导体层为p型导电或者n型导电。
进一步地，所述外延叠层的部分第一半导体层、有源层被蚀刻形成台面，裸露出第二半导体层，所述第二电极形成在该台面上。
优选地，所述第三半导体层的厚度为30~300μm。在一些实施例中，该第三半导体层的厚度为30~50μm。在一些实施例中，该第三半导体层的厚度为50~100μm。在一些实施例中，该第三半导体层的厚度为100~150μm。在一些实施例中，该第三半导体层的厚度为150~300μm。
优选地，所述第三半导体层为铝镓砷，其中铝组分的含量为20%~95%。在一些实施例中，该第三半导体层的Al组分为30%~70%。
进一步地，所述第一半导体层的材料为砷镓化铝、磷化铝镓铟、磷化铝铟、磷化镓或前述任意组合。
进一步地，所述第二半导体层的材料为砷镓化铝、磷化铝镓铟、磷化铝铟、磷化镓或前述任意组合。
在一些实施例中，所述外延叠层的尺寸为300μm×300μm以下，所述第二半导体层包含第二类型的覆盖层和窗口层，所述第二电极与所述窗口层接触。
在一些实施例中，所述外延叠层的尺寸为300μm×300μm以下，所述第二半导体层包含第二类型的覆盖层和欧姆接触层，所述第二电极与所述欧姆接触层接触。
在一些实施例中，所述外延叠层的尺寸为100μm×100μm以上，所述第二半导体层包含第二类型的限制层、覆盖层、窗口层和欧姆接触层，所述第二电极与所述欧姆接触层接触。
优选的，所述发光二极管还包括第一金属层和第二金属层，分别与第一、第二电极接触，其面积分别大于所述第一、第二电极的面积 。
进一步地，所述第一金属层和第二金属层作为反射层。
本发明还提供了一种发光装置，包含若干个发光二极管，其中该若干个发光二极管中的至少一个包括：外延叠层，其依次包含第一半导体层、AlGaInP有源层、第二半导体层和第三半导体层，所述第三半导体层的材料为铝镓砷，厚度为30μm以上，一方面支撑所述外延叠层，以确保其物理稳定性，另一方面作为出光面；第一电极和第二电极，形成于所述外延叠层的同一侧上且远离所述第三半导体层，其中第一电极电连接所述第一类型半导体层，第二电极电连接第二类型半导体层。
上述发光二极管利用外延生长一层30μm以上的AlGaAs半导体层，以该AlGaAs半导体层作为支撑去除生长衬底，并以该AlGaAs半导体层作为出光面，省去键合工艺，有效提高的倒装发光二极管良率，并降低成本。
本发明还提供了一种倒装四元系发光二极管外延结构的生长方法，通过MOCVD方法在外延衬底上生长包括电流扩展层、N型层、发光层、P型层的外延结构，所述电流扩展层为AlxGa1-xAs，0<x<1。本发明通过提出采用AlxGa1-xAs材料作为电流扩展层代替传统的AlGaInP层，达到程序时间缩短（降低成本）及长晶质量提升的技术效果。
优选地，所述衬底为砷化镓、磷化镓、磷化铟，更优选地为砷化镓。
优选地，为了保证电流扩展层的作用，电流扩展层的厚度为3μm以上，根据晶体生长质量以及出光效率，更优选地所述的电流扩展层厚度为3-5μm。
优选地，为保证电流扩展层的出光效率，x≥0.45，更优选地，0.45≤x≤0.65，若x高于0.65将导致发光二极管的电压过高。
优选地，所述缓冲层为GaAs，所述腐蚀截止层为AlInP，所述接触层为GaAs，所述P型层为 AlInP，所述N型层为AlInP，所述发光层为(AlyGa1-y)zIn1-zP， 0<y<1, 0<z<1，所述窗口层为p-GaP。通过调整y、z值可以调整外延结构的发光区域由绿光到红光，发射波长从560nm到650nm的范围。
优选地，所述电流扩展层为n掺杂，n掺杂的浓度为1E18-2E18，进一步降低其与n型层及所述量子阱发光层的接触电阻。
此外，本发明同时提供了一种倒装四元系发光二极管外延结构，其包括：生长衬底、腐蚀截止层，电流扩展层、N型层、发光层、P型层，电流扩展层为AlxGa1-xAs，0<x<1。
通过本发明倒装四元系发光二极管外延结构获得的倒装发光二极管，在永久衬底上由下至上包括：P型层、发光层、N型层、电流扩展层。
所述的电流扩展层优选为被粗糙化处理，以N型层面增加出光效果。
通过本发明的倒装四元系发光二极管外延结构、倒装四元系发光二极管及其生长方法，具有以下有益效果：
（1）对于倒装四元系LED结构，AlxGa1-xAs材料作为电流扩展层使用时，相对于传统的AlGaInP生长速率极限由7 Å/S提高到40 Å/S，生长速率可以提升3倍以上，外延结构生长时间可缩短30%以上，程序时间大幅度缩短，生产成本降低，有利于大规模量产；
（2）相较于AlGaInP，AlxGa1-xAs作为电流扩展层的温度窗口增加（680℃±30℃）；
（3）优选衬底GaAs，AlxGa1-xAs本身与衬底GaAs晶体几乎完全匹配，高质量AlxGa1-xAs易于生长；
（4）生产工艺窗口扩大的情况下，外延生长质量更容易控制，最终ESD的4000V性能提升了至少20%以上；
（5）通过本发明的倒装四元系发光二极管外延结构可提供一种全新的倒装四元系发光二极管。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1是现有一种四元系发光二极管的外延结构示意图。
图2 为根据本发明实施的一种四元系发光二极管外延结构。
图3是一种常规的具有透明衬底的倒装AlGaInP系LED结构。
图4是根据本发明实施的一种发光二极管制作方法的流程图。
图5是根据本发明实施的一种发光二极管制作方法的部分流程图。
图6~11为根据本发明实施的制作一种倒装型发光二极管器件的过程示意图。
图12为根据本发明实施的一种发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
实施例1
基于AlGaInP 材料体系的LED的发光效率的提升，有多种方法，其中采用倒装结构可以极大地提高 LED亮度。但是，倒装外延结构中n面和p面的电流扩展能力的优劣会极大影响LED外延结构的发光效率及良率。如图1所示，一种AlGaInP倒装发光二极管，包括电流扩展层、N型层、MQW发光层和P型层，其中电流扩展层通常采用AlGaInP材料体系，但是AlGaInP体系在外延过程中，温度窗口小，为±10℃，此外由于In并入效率的限制，生长速率随温度变得敏感，生长速率达到7Å/s时已经到达生长极限，长晶质量难以控制。
鉴于以上所述缺点，本实施例公开了一种AlGaInP系LED外延结构的生长方法，采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）在n-GaAs衬底100上由下至上外延生长n-GaAs缓冲层101厚度为0.2μm，GaInP腐蚀截止层102厚度为0.2μm，n-GaAs接触层103厚度为70nm，Al0.45Ga0.45As电流扩展层104厚度为3μm，n-AlInP N型层厚度105为0.3μm，（AlzGa1-z）0.5In0.5P发光层106厚度为0.2μm，p-AlInP P型层107厚度为0.3μm，p-GaP窗口层108厚度为1.2μm，其中缓冲层的设置有利于外延结构在衬底表面的生长，腐蚀截止层位于缓冲层上，用于后续倒装发光二极管制备过程中衬底的去除。接触层位于腐蚀截止层上，用于电极的欧姆接触。所述发光层为多量子阱结构，阱和垒的材料为(AlyGa1-y)zIn1-zP，0<y<1, 0<z<1，根据调整y/z值以获得绿光到红光发光波长为560- 650nm的发光二极管结构，本实施例优选阱层为（Al0.1Ga0.9）0.5In0.5P，垒为 （Al0.65Ga0.35）0.5In0.5P，发射波长介于620-624nm之间。N-AlInP限制层用于提供电子，P-AlInP限制层用于提供空穴。窗口层设置于P型层上，用于P型层侧的电流扩展。其中Al0.45Ga0.45As电流扩展层的生长温度介于650-710℃之间，生长时间为25分钟，生长气体是TMAl、TMGa、AsH3，生长厚度为3μm。
如图2所示，发光二极管外延结构包括：生长衬底100，缓冲层010，腐蚀截止层102，接触层103，电流扩展层104，N型层105，发光层106，P型层107以及窗口层108，其中电流扩展层为Al0.45Ga0.45As。
本发明的倒装红外发光二极管外延结构及其制作方法，具有以下有益效果：
相对于传统的AlGaInP电流扩展层，Al0.45Ga0.45As电流扩展层的生长温度窗口为680±30℃，同样厚度的生长时间相对于传统常规使用的电流扩展层(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P的生长时间缩短到了25分钟，外延结构的流程缩短了30%左右。在 MOCVD外延生长过程中PH3耗量大幅减少，维护时安全系数提升，成本下降明显，如果采用能够节省As源的MOCVD，生产成本可进一步降低。
实施例2
通过实施例1的倒装红光发光二极管外延结构获得倒装红光发光二极管的方法，其具体包括以下步骤：在上述外延结构的窗口层上设置一层透明介电层，在介电层表面沉积镜面层组合形成全镜面反射层，镜面层下方沉积金属键合层用于键合，选择一永久衬底，在其表面沉积金属键合层，并通过高温高压键合方法将永久衬底与外延结构进行键合。接着外延生长衬底和缓冲层以及腐蚀截止层经减薄、化学腐蚀去除，露出接触层，在接触层上方制作第一电极，并对第一电极以外的接触层进行腐蚀以露出电流扩展层，电流扩展层进行粗化处理形成出光面，在永久衬底背面制作背面电极，获得本发明的倒装红光发光二极管。
所述的镜面层优选为含金或金合金的单层或多层镜面材料，所述的永久衬底为常规的衬底材料如硅、氮化硅等，所述的第一电极以及背面电极为常规的金属电极如金、铂、镍、铬、锗或其合金等。
通过本实施例获得的倒装红光发光二极管，在永久衬底上由上至下至少包括：接触层，电流扩展层，N型层，发光层，P型层，镜面层，衬底层，背面电极，其中电流扩展层被粗化处理以提高出光效率。
通过ESD（抗静电性能）测试，芯片ESD4000V性能提升25%，可满足高压LED产品的性能需求。
实施例3
不同于实施例1，所述电流扩展层AlxGa1-xAs(0＜x＜1)，x更优选为0.45≤x≤0.65，若x高于0.65，所述的电流扩展层会引起电压升高，超出常规的芯片电压范围，为0.23V以上。本实施例优选所述的电流扩展层AlxGa1-xAs(0＜x＜1)，x更优选为0.55，通过实施例2制作的工艺获得的芯片的ESD性能提升23%。
实施例4
不同于实施例1，所述电流扩展层为n型掺杂，其掺杂浓度为1E18~2E18，本实施例为1.5E18，在外延生长电流扩展层的过程中，使用硅源对其进行掺杂，不同的浓度能够通过硅源的流量进行控制，通过n型掺杂能够进一步降低其与n型层及所述量子阱发光层的接触电阻，降低外延结构的发热并节省电流。
实施例5
图4和5为根据本发明实施的一种倒装型AlGaInP系发光二极管的制作方法的流程图，其主要包括了步骤S100~S300，其中步骤S100进一步细分了三个子步骤S110~S130，下面结合附图6~11进行详细说明。
（一）外延生长
首先提供一生长衬底100，在其上形成外延结构，该外延结构包含了第一半导体层111、有源层112、第二半导体层113、第三半导体层114。具体包含下面步骤：提供一衬底100，该衬底100优选常用的GaAs衬底，应当注意的是，衬底并不局限于GaAs，也可采用其他材料；接着采用液相外延的工艺在衬底100表面上形成一AlGaAs材料层作为第三半导体层114，该半导体层的厚度为30μm以上，优选为50~220μm，其中Al组分的含量为20%~95%，优选为30~70%，可以根据发光二极管的发光波长确认Al组份；接着在AlGaAs第三半导体层上采用MOCVD依次生长第二半导体层113、有源层112和第一半导体层111，如图6所示。在一个实施例中第一半导体层111可以包含p型覆盖层和p型窗口层，第二半导体层可以包含n型欧姆接触层、n型窗口层、n型覆盖层等。值得注意的是，上述只是简单列举了一些结构层，并非每层都是必须，例如可根据实际需要去除n型窗口层，也可增加n型限制层、p型限制层、AlGaInP过渡层等。关于各层的功能及参数可参照下表一。
表一
Figure 271587DEST_PATH_IMAGE001
在本实施例中，第三半导体层114设置于衬底与第二半导体层之间，用于后续芯片制作的过程中移除衬底时，支撑外延结构，同时作为出光面。该第三半导体首选采用AlGaAs，首先AlGaAs与GaAs衬底的晶格几乎完全匹配，可以采用液相外延进行快速生长，其次，AlGaAs材料不会进行吸光，适用于作为取光窗口。n型欧姆接触层用于后续制作器件后与n型电极形成欧姆接触，材料常采用GaAs，为减少吸光，其较佳厚度控制在50nm以内，例如5~20nm。在一些实施例中，该n型欧姆接触层也可以采用其他的材料，如例AlGaAs或者AlGaInP等。n型窗口层设置在n型欧姆接触层上，主要起到电流扩展的作用，其扩展能力与厚度相关，因此在本实施例中可根据具体的器件尺寸选择其厚度，较佳厚度控制在5000nm以下。一般发光二极管器件的尺寸可为1~5000μm，对于小尺寸的器件（例如100μm以下）通常不存在电流扩展的问题，此时可选择厚度为0，即不需要设置n型窗口层221，对于300μm以上的器件，此时可选择500nm~5000nm的厚度。有源层为外延结构的发光层，其决定发光波长及亮度。在本实施例中，较佳的采用多量子阱结构，具体垒层为Ala1Ga1-a1InP，阱层为Ala2Ga1-a2InP，其中 a1＞a2。n型覆盖层和p型覆盖层的材料根据有源层的带隙进行选择，对于发光波长为670nm以上的有源层，其带隙较低，覆盖层可以直接选用AlGaAs或AlGaInP即可，对于发光波长为670nm以下，特别是640nm以下的有源层，其带隙较大，一般为1.9eV以上，则覆盖层需要采用高带隙材料，一般选用AlbIn1-bP材料 (0＜b≤0.5)，在AlGaInP材料体系中，带隙最高的匹配材料为Al0.5In0.5P，因此在本实施例中，n型覆盖层和p型覆盖层均采用Al0.5In0.5P材料，因此可使得有源层与p型覆盖层之间带隙差最大化。较佳地，可在有源层的两侧分别形成未掺杂的AlInP或AlGaInP材料层，借由不通入掺杂源，抑制p/n掺杂源向有源层224扩散而影响有源层的性能。p型窗口层形成于p型覆盖层之上，起到电流扩展的作用。在本实施例，可采用GaP材料，其厚度可取1.2μm。由于GaP材料的晶格常数与p型AlInP覆盖层的晶格常数差异较大，较佳的，在p型AlInP覆盖层与p型窗口层之间插入一AlGaInP过渡层，其组分渐变，起衔接AlInP和GaP的作用，从而提高GaP窗口层的晶格质量。
表1所述的外延结构较适用于外延叠层的尺寸为100μm×100μm以上的发光二极管，特别是外延叠层的尺寸为300μm×300μm以上的发光二极管，其较佳的形成一定厚度的n型窗口层，可以有效提升电流扩展能力。
（二）制作电极
首先，在图6所示的外延结构的表面上定义n电极区和p电极区。
接着，蚀刻n电极区的第一半导体层111、有源层112及部分第二半导体层113，形成台面A，如图7所示。具体的，以表一的外延结构为例，蚀刻n电极区的p型窗口层、p型覆盖层、有源层、n型覆盖层、n型窗口层，直至裸露出n型欧姆接触层。在本步骤中，优选先采用干法蚀刻至n型窗口层，接着采用湿蚀刻的方法将残留的n型窗口层去除，保证表面露出n型欧姆接触层，以便与n型电极形成欧姆接触。
接着，分别在p型窗口层表面的p电极区和裸露出的n型欧姆接触层上制作p电极121和n电极122，如图8所示。电极的材料可以例如Au/AuZn/Au，在本步骤中可对电极进行熔合，使其与外延结构形成欧姆接触。
较佳的，在外延结构的表面上覆盖一层绝缘保护层140，只裸露出p电极121和n电极122，如图9所示。优选的，绝缘保护层140采用氧化硅、氮化硅、氧化铝等材料，厚度为1μm以上。
较佳的，分别将在p电极121和n电极122上制作延伸电极131和132，其延伸至绝缘保护层140的部分表面上，如图10所示。该延伸电极可以同时作为反射镜面，其材料可以为钛、铂、铝、金、银及铜等金属材料。
尽管上述实施例中，先形成台面再进行制作n电极。在另一些实施例中，也可以形成一个或者多个贯穿第一半导体层111、有源层112的凹陷，在该等凹陷内制作导电柱，然后将n电极引至第一半导体层111的表面之上，可以方便制作等高的p\n电极，或者将n电极引至外延叠层的外侧区域。
（三）移除衬底
以第三半导体层114作为支撑，移除衬底100，裸露出第三半导体层的表面，如图11所示。可通过多种方法来实现移除，包括激光剥离(LLO)、磨削或者蚀刻，具体取决于生长衬底301的材料选择，在所示的具体实施例中，在衬底100由GaAs构成的情况下，可通过蚀刻或磨削及选择性蚀刻的组合连同蚀刻停止层上的选择性蚀刻停止来实现移除。
在本实施例中，采用液相外延生长一层厚度达30μm以上的AlGaAs层作为支撑层，省去倒装结构之键合工艺，提高了制作倒装型AlGaInP系列发光二极管的良率。
实施例5
不同于实施例4的是，外延结构的第二半导体层113不设置n型GaAs欧姆接触层，直接采用n型窗口层作为欧姆接触层，直接与n电极122接触。表二列出了适用于本实施例的一种外延结构。
Figure 682977DEST_PATH_IMAGE002
本实施例中，直接采用AlxGax-xInP窗口层作为欧姆接触层，如此在制作n电极的台面A时，只需采用干法蚀刻至n型窗口层的表面，提升了制作电极的良率。在本实施例中，在n型窗口层上形成n电极，然后进行高温熔合（例如300℃以上），使得n电极中的金属原子扩散至n型窗口层内，使得该n电极与n型窗口层形成欧姆接触，该n电极的材料可以为金、锗、镍或上述金属任意组合的合金，例如AuGe、AuGeNi、Au/AuGe/Ni/Au、Au/AuGeNi/Au等。优选的，该n电极为多层结构，其中与n型窗口层直接接触的第一子层为Au层或者含金合金，厚度介于1nm~50nm之间，例如可以为5~20nm。
优选的，该n型窗口层的Al 组份x介于0.5~1，可有效降低该窗口层对辐射的吸光效应；更优选的，为了铝镓铟磷与外延生长衬底如砷化镓的晶格良好匹配，获得良好生长质量的铝镓铟磷，其中所述x介于0.6~0.8；较佳的，为保证电流的横向扩展，该n型窗口层的厚度为0.02~6.0μm，更优选的厚度为2.5~3.5μm；根据欧姆接触和横向电流扩展效果，该n型窗口层优选掺杂浓度为1×E18以上，更优选的为1~2E18，更低的掺杂浓度，则会导致所述欧姆接触阻值过高，更高的掺杂浓度则导致吸光现象，降低出光效率；该n型窗口层的掺杂浓度是在厚度方向上均匀或不均匀的，掺杂浓度不均匀的情况是窗口层的掺杂浓度变化可以是沿着窗口层厚度方向是变化的，即靠近第一电极的接触区域，掺杂浓度可以更高以促进欧姆接触。
本实施例适用于小尺寸的发光二极管，例如外延叠层的尺寸为300μm×300μm以下mini型发光二极管或者Micro型发光二极管。进一步的，本实施例以第三半导体层为出光面，省略容易吸光的GaAs欧姆接触层，直接采用窗口层作为欧姆接触与n电极接触，可以进一步提升光效。
实施例6
不同于实施例5的是，n型窗口层采用AlxGa1-xAs ，其中Al组分x优选为0.45~0.65，例如可以为0.5。相对于传统的AlGaInP窗口层，生长速率极限可由7 Å/S提高到40 Å/S，生长速率可以提升3倍以上，外延结构生长时间可缩短30%以上，程序时间大幅度缩短，生产成本降低，有利于大规模量产；同时AlGaAs的温度窗口增加（680℃±30℃），使得外延生长质量更容易控制。
实施例7
不同于实施例4的是，外延结构的第二半导体层113不设置n型窗口层，本实施例适用于小尺寸的发光二极管，例如外延叠层的尺寸为300μm×300μm以下mini型发光二极管或者Micro型发光二极管。
实施例8
不同于实施例4的是，第三半导体层114具有n型掺杂，其厚度为30~100μm，n电极直接下第三半导体层接触，如图12所示。表三列出了适用于本实施例的一种外延结构。
表三
Figure 809327DEST_PATH_IMAGE003
在本实施例，直接采用第三半导体层114作为欧姆接触层，省略了n型窗口层和n型GaAs欧姆接触层，比较适用于小尺寸的发光二极管，例如外延叠层的尺寸为300μm×300μm以下mini型发光二极管或者Micro型发光二极管。
实施例9
不同于实施例4的是，外延结构的第一半导体层为n型导电类型，第二半导体层为p型导电类型。具体的，第一半导体层111可以包含n型覆盖层、n型窗口层，第二半导体层113可以包含p型覆盖层、p型窗口层。
表四
Figure 167627DEST_PATH_IMAGE004
表四列出了适用于本实施例的一种外延结构。其中n电极与n型窗口层连接，p电极与p型窗口层连接。
在一个变形实施例中，第二半导体层113可以包含GaAs欧姆接触层，p电极与GaAs欧姆接触层连接。在另一个变形实施中，该第二半导体层113不包含窗口层及欧姆接触层，第三半导体层114具有p型导电，同时作为欧姆接触层，与p电极连接。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (36)

1.发光二极管的制作方法，包括步骤：
（1）提供一衬底，在该衬底上形成外延结构，该外延结构依次包含第一半导体层、AlGaInP有源层、第二半导体层和第三半导体层，该第三半导体层比所述第一半导体层更靠近所述衬底，其材料为铝镓砷，厚度为30μm以上；
（2）在所述外延结构之远离所述衬底的一侧表面上制作第一电极和第二电极，其中第一电极电连接至第一半导体层、第二电极电连接至第二半导体层；
（3）去除该衬底，其中第三半导体层支撑该外延叠层，确保其物理稳定性。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤(1) 依次包含下面步骤：
（11）提供一衬底；
（12）采用液相外延技术在该衬底上生长所述第三半导体层；
（13）采用MOCVD外延技术，在该第三半导体层上依次形成第二半导体层、有源层和第一半导体层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：在步骤（1）中形成的第三半导体层的材料为铝镓砷，其中铝组分的含量为20%~95%。
4.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：在步骤（1）中形成的第三半导体层的厚度为30~300μm。
5.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（1）中形成的外延结构的第二半导体层包含第二类型的覆盖层和窗口层，其中窗口层为AlGaAs或者AlGaInP；所述步骤（2）中形成的第二电极与所述窗口层形成欧姆接触。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于：所述步骤（2）中先在所述第二类型的窗口层的表面上形成第二电极，然后进行加热处理使得所述第一电极的金属原子扩散至第二型类的窗口层内，以使该第二电极与第二类型的窗口层形成欧姆接触。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于：所述第二电极为单层或者多层结构，其中与该窗口层直接接触的材料层为Au或者含金合金。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述步骤（1）中形成的外延结构依次包含第一类型的覆盖层、有源层、第二类型的覆盖层、欧姆接触层及第三半导体层，所述步骤（2）形成的第二电极与所述欧姆接触层接触。
9.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（1）中形成的外延结构依次包含第一类型的覆盖层、有源层、第二类型的覆盖层及第三半导体层，所述步骤（2）中形成的第二电极与第三半导体层接触。
10.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述步骤（2）中先在所述第三半导体层的表面上形成第二电极，然后进行加热处理使得所述第一电极的金属原子扩散至第三半导体层内，以使该第二电极与第三半导体层形成欧姆接触。
11.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：在步骤（2）中包括：
蚀刻部分所述外延结构的第一半导体、有源层和第二半导体层，形成台面或者凹陷，该台面或者凹陷蚀刻至第二半导体层或第三半导体层，裸露出所述第二半导体层或者第三半导体层的表面；
在该台面或者凹陷上制作第二电极。
12.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：在步骤（3）中，以第三半导体层作为支撑，去除所述衬底。
13.发光二极管，其特征在于：采用权利要求1-12所述的任意一种制作方法获得。
14.发光二极管，包括：
外延叠层，依次包含第一半导体层、AlGaInP有源层、第二半导体层和第三半导体层，所述第三半导体层的材料为铝镓砷，厚度为30μm以上，支撑所述外延叠层，以确保其物理稳定性；
第一电极和第二电极，形成于所述外延叠层的同一侧，其中第一电极电连接所述第一半导体层，第二电极电连接第二半导体层。
15.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：所述第三半导体层的厚度为30~300μm。
16.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：所述第三半导体层为铝镓砷，其中铝组分的含量为20%~95%。
17.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：所述有源层发射的光线从所述第三半导体层一侧表面射出。
18.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：所述第一半导体层的材料为砷镓化铝、磷化铝镓铟、磷化铝铟、磷化镓或前述任意组合。
19.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：所述第二半导体层的材料为砷镓化铝、磷化铝镓铟、磷化铝铟、磷化镓或前述任意组合。
20.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：所述第二半导体层包含第二类型的覆盖层和窗口层，该窗口层为AlGaAs或者AlGaInP，所述第二电极与所述窗口层形成欧姆接触。
21.根据权利要求20所述的发光二极管，其特征在于：所述第二电极为单层或者多层结构，其中与该窗口层直接接触的材料层为Au或者含金合金。
22.根据权利要求21所述的发光二极管，其特征在于：所述与该窗口层直接接触的材料层的厚度为5~20nm。
23.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：所述第二电极与所述第三半导体层形成欧姆接触。
24.根据权利要求23所述的发光二极管，其特征在于：所述第二电极为单层或者多层结构，其中与该窗口层直接接触的材料层为Au或者含金合金。
25.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：所述外延叠层的尺寸为300μm×300μm以下，所述第二半导体层包含第二类型的覆盖层和窗口层，所述第二电极与所述窗口层接触。
26.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：所述外延叠层的尺寸为300μm×300μm以下，所述第二半导体层包含第二类型的覆盖层和欧姆接触层，所述第二电极与所述欧姆接触层接触。
27.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：所述外延叠层依次包含第一类型的窗口层、第一类型的覆盖层、AlGaInP有源层、第二类型的覆盖层、第二类型的窗口层和第三半导体层，所述第二电极接触所述第二类型的窗口层。
28.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：所述外延叠层依次包含第一类型的窗口层、第一类型的覆盖层、AlGaInP有源层、第二类型的覆盖层、第二类型的窗口层、欧姆接触层和第三半导体层，所述第二电极与欧姆接触层接触。
29.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：还包括第一金属层和第二金属层，分别与第一、第二电极接触，其面积分别大于所述第一、第二电极的面积。
30.根据权利要求29所述的发光二极管，其特征在于：所述第一金属层和第二金属层作为反射层。
31.发光装置，包含若干个发光二极管，其中该若干个发光二极管中的至少一个包括：
外延叠层，其依次包含第一半导体层、AlGaInP有源层、第二半导体层和第三半导体层，所述第三半导体层的材料为铝镓砷，厚度为30μm以上，支撑所述外延叠层，以确保其物理稳定性；
第一电极和第二电极，形成于所述外延叠层的同一侧，其中第一电极电连接所述第一类型半导体层，第二电极电连接第二类型半导体层。
32.根据权利要求31所述的发光装置，其特征在于：所述第三半导体层的铝组分为20%~95%。
33.根据权利要求31所述的发光装置，其特征在于：所述第三半导体层的厚度为30~300μm。
34.根据权利要求31所述的发光装置，其特征在于：所述外延叠层的尺寸为300μm×300μm以下，所述第二半导体层包含第二类型的覆盖层和窗口层，所述第二电极与所述窗口层接触。
35.根据权利要求31所述的发光装置，其特征在于：所述外延叠层的尺寸为300μm×300μm以下，所述第二半导体层包含第二类型的覆盖层和欧姆接触层，所述第二电极与所述欧姆接触层接触。
36.根据权利要求31所述的发光装置，其特征在于：所述外延叠层的尺寸为100μm×100μm以上，所述第二半导体层包含第二类型的限制层、覆盖层、窗口层和欧姆接触层，所述第二电极与所述欧姆接触层接触。
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