CN111129250A - 一种反极性AlGaInP薄膜LED芯片及其制备方法 - Google Patents

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陈芳
陶喜霞
王光绪
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Abstract

本发明公开了一种反极性AlGaInP薄膜LED芯片结构及制备方法，所述芯片从下至上依次包括：基板、键合金属层、P面反射电极、P型欧姆接触层、P型电流扩展层、发光层、N型电流扩展层、N型欧姆接触层、N面电极，所述N型电流扩展层为Al组份x满足0.1≤x≤0.5的(AlxGa1‑x)0.5In0.5P材料。所述N面电极包含焊盘和N面扩展电极线，N面扩展电极线间距为120μm‑200μm。由于低Al组份的（AlxGa1‑x）0.5In0.5P材料电子迁移率高，因而可以提高芯片的电流扩展能力；N面扩展电极线间距宽，数量少，可以最大程度缩减不透明的N面扩展电极线的挡光面积，进而提高LED芯片的出光效率。因此，本发明提供的AlGaInP薄膜LED芯片可以同时提高LED芯片的光提取效率与电流扩展均匀性。

Description

一种反极性AlGaInP薄膜LED芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，尤其是涉及一种反极性AlGaInP薄膜LED芯片及其制备方法。
背景技术
为提高AlGaInP LED芯片的光电转换效率，需兼顾LED芯片的光提取效率和电流扩展的均匀性。
业界为了提高LED芯片的光提取效率，将向下发射的光和从上表面反射回半导体内部的光尽可能多地提取出来，通常需要将LED薄膜的原生吸光的GaAs衬底剥离，并将LED薄膜转移到新的支撑基板上制成N面出光的垂直结构AlGaInP薄膜LED芯片。
业界通常通过增加AlGaInP薄膜LED芯片的N面电极线条数量来提高LED芯片的电流扩展能力，LED芯片的间距通常小于90μm，如图1所示。但是，如果N面扩展电极线的数量多，则N面扩展电极线所占的发光面积比例大，由于芯片的出光面是N面，而不透明的N面电极具有遮光作用，致使这部分光无法从LED芯片发出，最终降低LED芯片的光提取效率。
制备高效AlGaInP薄膜LED芯片需要同时保证LED芯片的高光提取效率和均匀的电流扩展，这两者都与N面扩展电极线的分布有关。如果N面扩展电极线的数量多，就可以保证LED芯片电流扩展的均匀，但是N面扩展电极线是不透明的，对光有遮挡作用，因此会降低芯片的光提取效率；如果减少N面扩展电极线的数量，虽可以减少N面扩展电极线的挡光面积，但会影响LED芯片的电流扩展均匀性。
发明内容
针对目前AlGaInP 薄膜LED芯片无法兼顾光提取效率与电流扩展能力的问题，本发明的第一个目的在于提提供一种反极性AlGaInP 薄膜LED芯片结构， 由于N型电流扩展层（AlxGa1-x）0.5In0.5P的Al组分x低，电子迁移率高，可以最大程度缩减不透明的N面扩展电极线对光的遮挡作用和挡光面积，提高出光效率。
本发明的第二个目的在于提供一种反极性AlGaInP薄膜LED芯片的制备方法。
本发明的第一个目的是这样实现的：
一种反极性AlGaInP薄膜LED芯片，从下至上依次包括：基板、键合金属层、P面电极、P型欧姆接触层、P型电流扩展层、发光层、N型电流扩展层、N型欧姆接触层、N面电极，特征是：所述N型电流扩展层为Al组份x满足0.1≤x≤0.5的(AlxGa1-x)0.5In0.5P材料。
所述N面电极包括焊盘和N面扩展电极线，N面扩展电极线按间距型平行线、方环型或圆环型排列中的一种。
所述N面扩展电极线间距为W，120μm≤W≤200μm。
所述N面电极为AuGeNi，其中：Ni的重量比为0-10%，Ge的重量比为1‰-10%，AuGeNi的总厚度为1μm-5μm。
本发明的第二个目的是这样实现的：
一种反极性AlGaInP薄膜LED芯片的制备方法，特征是：包括以下步骤：
（1）在临时衬底GaAs上外延生长腐蚀截止层、N型欧姆接触层，N型电流扩展层、发光层、P型电流扩展层，P型欧姆接触层；
（2）按常规方法制备P面电极、制备键合金属层、与永久基板键合、去除临时衬底、去除腐蚀截止层、粗化、制备切割道、制备N面电极。
在步骤（2）中，N面电极利用电子束蒸发或溅射方法制备在N型欧姆接触层上，N面扩展电极线间距为120μm-200μm。
本发明制备的反极性AlGaInP薄膜LED芯片具有以下特点：
（1）N面扩展电极线间距宽，所以 N面扩展电极线数量少，占发光区的面积小，可以最大程度缩减不透明的N面扩展电极线对光的遮挡作用和挡光面积，因此具有宽间距N面扩展电极线的AlGaInP LED芯片可以显著提高芯片光提取效率，进而提高LED芯片的出光效率；
（2）N型电流扩展层的Al组份x满足0.1≤x≤0.5，低Al组份的（AlxGa1-x）0.5In0.5P材料电子迁移率高，可以提高芯片的电流扩展能力。
因此，本发明提供的AlGaInP薄膜LED芯片可以同时提高LED芯片的光提取效率与电流扩展均匀性。
附图说明
图1为常规AlGaInP薄膜LED芯片的N面电极结构平面示意图，其中：100-N面电极（由101-焊盘，102-N面扩展电极线组成），103-N面扩展电极线间距；
图2为本发明实施例的AlGaInP薄膜LED芯片的N面电极结构平面示意图，其中：100-N面电极（由101-焊盘，102-N面扩展电极线组成），103-N面扩展电极线间距；
图3为本发明实施例的AlGaInP LED芯片外延结构的示意图，其中：301-GaAs衬底，302-腐蚀截止层，303-N型欧姆接触层，304-N型电流扩展层，305-发光层，306-P型电流扩展层，307-P型欧姆接触层；
图4为本发明实施例的反极性AlGaInP薄膜LED芯片结构示意图，其中：401-Si基板，402-键合金属层，403-Ag基反射层，404-低折射率介质层，400-P面电极（由Ag基反射镜403和低折射率介质层404组成），307-P型欧姆接触层，306-P型电流扩展层，305-发光层，304-N型电流扩展层，303-N型欧姆接触层，100-N面电极。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明进行进一步的说明。
如图3所示，一种反极性AlGaInP薄膜LED芯片外延结构从下至上依次包括：301-GaAs衬底，302-腐蚀截止层，303-N型欧姆接触层，304-N型电流扩展层，305-发光层，306-P型电流扩展层，307-P型欧姆接触层。
如图4所示，一种反极性AlGaInP薄膜LED芯片，从下至上依次包括：永久Si基板401、键合金属层402、P面电极200、P型欧姆接触层307、P型电流扩展层306、发光层305、N型电流扩展层304、N型欧姆接触层303、N面电极100，所述N型电流扩展层304为Al组份x满足0.1≤x≤0.5的(AlxGa1-x)0.5In0.5P材料。
所述N面电极100包括焊盘101和N面扩展电极线102，N面扩展电极线100按间距型平行线、方环型或圆环型排列中的一种。
所述N面扩展电极线102的间距为W，120μm≤W≤200μm。
一种反极性AlGaInP薄膜LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先利用常规的MOCVD生长方法制备AlGaInP LED外延材料，如图1所示，在与AlGaInP晶格相匹配的暂时基板GaAs衬底301上依次生长腐蚀截止层302，N型欧姆接触层303，N面电流扩展层304，发光层305，P型电流扩展层306和P型欧姆接触层307；
（2）在P型欧姆接触层307上制备P面电极200；
（3）将暂时基板GaAs衬底301和永久Si基板401通过键合金属层402键合在一起，再利用湿法腐蚀将暂时基板GaAs衬底301和腐蚀截止层302去除，对N型电流扩展层304粗化处理，腐蚀切割道，最后利用如图2所示的N面电极光刻版在N型欧姆接触层303上制备宽间距N面扩展电极线102：AuGeNi，厚度为1μm-5μm，其中：Ni的重量比为0-10%，Ge的重量比为1‰-10%。LED芯片结构如图4所示。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种反极性AlGaInP薄膜LED芯片，从下至上依次包括：基板、键合金属层、P面电极、P型欧姆接触层、P型电流扩展层、发光层、N型电流扩展层、N型欧姆接触层、N面电极，其特征在于：所述N型电流扩展层为Al组份x满足0.1≤x≤0.5的(AlxGa1-x)0.5In0.5P材料。
2.根据权利要求1所述的反极性AlGaInP薄膜LED芯片，其特征在于：所述N面电极包括焊盘和N面扩展电极线，N面扩展电极线按间距型平行线、方环型或圆环型排列中的一种。
3.根据权利要求1所述的反极性AlGaInP薄膜LED芯片，其特征在于：所述N面扩展电极线间距为W，120μm≤W≤200μm。
4.根据权利要求1所述的反极性AlGaInP薄膜LED芯片，其特征在于：所述N面电极为AuGeNi，其中：Ni的重量比为0-10%，Ge的重量比为1‰-10%，AuGeNi的总厚度为1μm-5μm。
5.一种反极性AlGaInP薄膜LED芯片的制备方法，特征是：包括以下步骤：
（1）在临时衬底GaAs上外延生长腐蚀截止层、N型欧姆接触层，N型电流扩展层、发光层、P型电流扩展层，P型欧姆接触层；
（2）按常规方法制备P面电极、制备键合金属层、与永久基板键合、去除临时衬底、去除腐蚀截止层、粗化、制备切割道、制备N面电极。
6.根据权利要求5所述的反极性AlGaInP薄膜LED芯片的制备方法，其特征在于：在步骤（2）中，N面电极利用电子束蒸发或溅射方法制备在N型欧姆接触层上，N面扩展电极线间距为120μm-200μm。
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