CN201392846Y - 硅衬底上外延生长的铝镓铟磷发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种硅衬底上外延生长的铝镓铟磷发光二极管，该发光二极管的外延结构采用硅衬底，在硅衬底上由下至上依次包括砷化镓低温缓冲层、砷化镓高温缓冲层、DBR反射层、铝镓铟磷下限制层、多量子阱发光区、铝镓铟磷上限制层、电流扩展层。本实用新型解决了硅衬底和铝镓铟磷发光层之间的热膨胀系数失配问题，在硅衬底上直接外延生长外延材料，由于硅的热导率(145.7W/m.K)是砷化镓衬底热导率(44W/m.K)的3.3倍，从而可以提高其大电流工作能力。

Description

硅衬底上外延生长的铝镓铟磷发光二极管
技术领域
本实用新型涉及一种发光二极管(light emitting diode，LED)，属于光电子技术领域。
背景技术
在黄绿、橙色、橙红色、黄色、红色谱段性能优越，其在RGB白色光源、全色显示、交通信号灯、城市亮化工程等领域具有广阔的应用前景。
在现有技术中，铝镓铟磷发光二极管(AlGaInP LED)都是在GaAs(砷化镓)衬底上外延生长制备的。利用GaAs衬底外延生长的铝镓铟磷发光二极管(AlGaInP LED)已实现产业化。但由于GaAs对可见光是吸收的，其热导率较小，芯片内部产生的热不能及时传导出去，导致芯片温度升高，降低内量子效率，造成此结构(GaAs衬底)的铝镓铟磷发光二极管(AlGaInPLED)只能在小功率范围内应用。
为提高铝镓铟磷发光二极管的高温工作特性和输出效率，业界也有人采用先在GaAs衬底上外延出AlGaInP发光二极管外延材料，然后将其P面粘接到带金属反射镜的高热导率的硅(Si)基板上，然后利用选择腐蚀技术将砷化镓衬底去掉来制备所谓的倒装结构LED。该方法可以使铝镓铟磷LED的效率得到很大提升，并可以制备大功率器件。但该方法工艺复杂，产品指标一致性不好，且腐蚀过程产生大量含As的化学废液需要进一步处理，对环境保护不利。
中国专利文献公开号CN1697205公开了一种《在硅衬底上制备铟镓铝氮薄膜及发光器件的方法》，它是在硅衬底上形成台面和沟槽组成的图形结构，沟槽两侧台面上生长的铟镓铝氮薄膜互不相连。在生长完发光器件的叠层薄膜后，在每个台面的薄膜上或硅衬底背面制备欧姆电极。然后沿着沟槽将衬底划开，就得到分离的发光芯片。
中国专利文献公开号CN101320775公开了一种《硅衬底LED的封装方法》，该方法包括：点胶，用混有荧光粉的透明胶体将LED芯片封装在反光杯内；烘烤固化，将点过胶的LED芯片置入固化炉中进行胶体固化成型，在进行所述烘烤固化时，先将点过胶的LED芯片倒置，再放入固化炉中进行胶体固化成型。该方法用来解决硅衬底LED芯片在不增加荧光粉用量的情况下，使荧光粉能够固化在发光芯片的上方位置，以充分利用荧光粉，让LED灯能够发出较好的白光效果。本发明适用以硅作为衬底的较厚LED芯片，具有成本更低、效果更好、工序更简单、次品率更低的优势特点。
从上述专利文献看，第一个专利文献是在硅衬底上制备铟镓铝氮薄膜，第二个专利文献提到的硅衬底LED，是在硅衬底蓝光或绿光LED。由于硅衬底和铝镓铟磷发光层之间存在约4％的晶格失配和很大的热膨胀系数失配，在硅衬底上生长的铝镓铟磷材料一般含有很高的位错密度。铝镓铟磷材料中的位错可以起到非辐射复合中心的作用，从而导致发光二极管的发光效率不高，因此尚没有在硅衬底上直接外延生长铝镓铟磷发光层并制备发光二极管的报道。
发明内容
本实用新型针对现有铝镓铟磷发光二极管技术存在的不足，提供一种发光效率高的硅衬底上外延生长的铝镓铟磷发光二极管。
本实用新型的硅衬底上外延生长的铝镓铟磷发光二极管，其外延结构采用硅衬底，在硅衬底上由下至上依次包括砷化镓低温缓冲层、砷化镓高温缓冲层、DBR反射层、铝镓铟磷下限制层、多量子阱发光区、铝镓铟磷上限制层、电流扩展层。
硅衬底的材料是N型硅材料、P型硅材料或者是半绝缘硅材料。
在砷化镓高温缓冲层和DBR反射层之间也可以设有砷化镓(GaAs)欧姆接触层。
本实用新型解决了硅衬底和铝镓铟磷发光层之间的热膨胀系数失配问题，使用热导率为145.7W/m.K的硅衬底，其热导率是砷化镓衬底热导率(44W/m.K)的3.3倍，从而可以提高其大电流工作能力，提高发光效率。
附图说明
图1是N型Si衬底上的AlGaInP LED管芯结构示意图。
图2是P型Si衬底上的AlGaInP LED管芯结构示意图。
图3是半绝缘Si衬底上的带DBR反射层的AlGaInP LED管芯结构示意图。
图中：1、硅衬底，2、n型砷化镓缓冲层，3、n型DBR反射层，4、n型铝镓铟磷下限制层，5、多量子阱发光区，6、P型铝镓铟磷上限制层，7、P型电流扩展层，8、P面电极，9、N面电极，10、p型砷化镓缓冲层，11、p型DBR反射层，12、p型铝镓铟磷下限制层，13、n型铝镓铟磷上限制层，14、n型电流扩展层，15、砷化镓缓冲层，16、n型砷化镓欧姆接触层。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例的硅衬底上外延生长的铝镓铟磷发光二极管中的硅衬底1采用N型硅材料，在硅衬底上由下至上依次包括n型砷化镓缓冲层2(砷化镓低温缓冲层和砷化镓高温缓冲层两层组合)、n型DBR反射层3、n型铝镓铟磷下限制层4、多量子阱(MQWs)发光区(有源区)5、p型铝镓铟磷上限制层6、p型电流扩展层(窗口层)7，然后利用管芯制备技术制作出P面电极(正极)8在上，N面电极(负极)9在下的LED芯片。
实施例2
如图2所示，本实施例的硅衬底上外延生长的铝镓铟磷发光二极管中的硅衬底1采用P型硅材料，在硅衬底1上由下至上依次包括p型砷化镓缓冲层10(砷化镓低温缓冲层和砷化镓高温缓冲层两层组合)、p型DBR反射层11、p型铝镓铟磷下限制层12、多量子阱(MQWs)发光区(有源区)5、n型铝镓铟磷上限制层13、n型电流扩展层(窗口层)14，然后利用管芯制备技术制作出N面电极(负极)9在上，P面电极(正极)8在下的LED芯片。
实施例3
如图3所示，本实施例的硅衬底上外延生长的铝镓铟磷发光二极管中的硅衬底1采用半绝缘硅材料，在硅衬底1上由下至上依次包括砷化镓缓冲层15(砷化镓低温缓冲层和砷化镓高温缓冲层两层组合)、n型砷化镓欧姆接触层16、n型DBR反射层3、n型铝镓铟磷下限制层4、多量子阱(MQWs)发光区(有源区)5、p型铝镓铟磷上限制层6、p型电流扩展层(窗口层)7，然后利用管芯制备技术制作出P面电极(正极)8和N面电极(负极)9同在上方的LED芯片。

Claims (2)

1.一种硅衬底上外延生长的铝镓铟磷发光二极管，其特征是：该发光二极管的外延结构采用硅衬底，在硅衬底上由下至上依次包括砷化镓低温缓冲层、砷化镓高温缓冲层、DBR反射层、铝镓铟磷下限制层、多量子阱发光区、铝镓铟磷上限制层、电流扩展层。
2.根据权利要求1所述的硅衬底上外延生长的铝镓铟磷发光二极管，其特征是：所述砷化镓高温缓冲层和DBR反射层之间设有砷化镓欧姆接触层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103824923A (zh) * 2012-11-19 2014-05-28 罗容 一种半导体发光芯片、半导体照明灯具及其制造方法
CN105449055A (zh) * 2015-12-22 2016-03-30 扬州乾照光电有限公司 一种串联pn结发光二极管及其制作方法

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