CN204088359U - 全覆盖式扩展电极结构的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
全覆盖式扩展电极结构的发光二极管，属于光电子技术领域，特别涉及发光二极管的制造技术领域。本实用新型包括在Si衬底一面依次设置的金属粘结层、反射镜层、窗口层、限制层、多量子阱有源层和n-AIGaInP限制层，在n-AIGaInP限制层上设置图形化的n-GaAs欧姆接触层，在n-GaAs欧姆接触层上设置n扩展电极层，n扩展电极层的尺寸大于图案化n-GaAs欧姆接触层尺寸，且n扩展电极层的外缘连接在n-AIGaInP限制层上。本实用新型由于以上设计既保证了扩展电极层与ｎ型砷化镓欧姆接触层的充分结合，形成良好的欧姆接触，同时又对于图案化ｎ型砷化镓欧姆接触层起到了充分的保护作用，提高了电极与外延层的附着性和完整性，确保发光器件工作电压稳定，提高产品的良品率。
Description
技术领域
本实用新型属于光电子技术领域，特别涉及发光二极管的制造技术领域。
背景技术
高亮度AlGaInP发光二极管已广泛应用于高效固态照明领域中，如显示屏、汽车用灯、背光源、交通信号灯、景观照明等。由于常规的GaAs衬底的禁带宽度比AlGaInP窄，有源区所产生的向下方发射的光子将会被吸收，导致发光效率大幅度降低。为了避免向下方发射的光子被吸收，提高发光效率，可利用禁带宽度比AlGaInP宽的GaP衬底取代GaAs衬底，但是该工艺技术存在使用设备复杂、合格率低、制造成本高的缺点。针对衬底材料和工艺技术的限制，采用衬底转移方式，并增加金属全方位反射镜来制造反极性结构的AlGaInP基发光二极管，可以大幅度发光效率，降低制造成本。
现有的反极性AlGaInP发光二极管，其器件结构如图1所示，其中包含一硅衬底200，硅衬底200有上、下两个主表面，其上表面依次为粘合层201、反射镜层108、p-GaP窗口层107、p-AIGaInP限制层106、多量子阱（MQW）有源层105、n-AIGaInP限制层104，n-GaAs接触层103位于粗化n-AIGaInP限制层104的部分区域之上，n扩展电极202位于n-GaAs接触层103之上，n主电极203位于粗化n-AIGaInP限制层104的另一部分的中央局部区域之上，且与n扩展电极形成电学接触，P电极204形成于硅衬底200的下表面。
由于外延生长的n-GaAs接触层表面致密光滑，与金属层的附着性不佳，此外，在化学溶液湿法蚀刻n-GaAs接触层以及n-AIGaInP粗化层时，存在严重的横向钻蚀问题，使n扩展电极202的边缘处于悬空状态（从图1可见），不良后果是：在外应力的作用下易造成扩展电极和n-GaAs接触层缺损和脱落，从而破坏了正常的电流扩展，造成器件的电压升高、亮度降低，严重影响产品的质量和良率。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型旨在提供一种便于生产、发光效率高、良品率高的全覆盖式扩展电极结构式发光二极管。
本实用新型包括在Si衬底一面依次设置的金属粘结层、反射镜层、p-GaP窗口层、p-AIGaInP限制层、MQW多量子阱有源层和n-AIGaInP限制层，在n-AIGaInP限制层上分别设置n主电极和图形化的n-GaAs欧姆接触层，在n-GaAs欧姆接触层上设置n扩展电极层，n扩展电极层与n主电极电学连接；在Si衬底的另一面设置p电极；本实用新型特点是：所述n扩展电极层的尺寸大于图案化n-GaAs欧姆接触层尺寸，且n扩展电极层的外缘连接在n-AIGaInP限制层上。
本实用新型由于n扩展电极层的尺寸大于图案化n-GaAs欧姆接触层尺寸，并且n扩展电极层的外缘连接在n-AIGaInP限制层上，从而既保证了扩展电极层与ｎ型砷化镓欧姆接触层的充分结合，形成良好的欧姆接触，同时又对于图案化ｎ型砷化镓欧姆接触层起到了充分的保护作用，提高了电极与外延层的附着性和完整性，确保发光器件工作电压稳定，提高产品的良品率。此外还减小了图案化n-GaAs欧姆接触层设计尺寸，减少n-GaAs欧姆接触层对出射光线的吸收，提高了出光效率，极大地提升了产品的质量。
本实用新型所述n扩展电极层的厚度优选为300±50nm，从而获得稳定可控的欧姆接触，直接增强了芯片的电学性能。
附图说明
图1现有的反极性AlGaInP发光二极管结构示意图。
图2本实用新型产品的结构示意图。
图3a～3e是本实用新型的制作过程截面示意图。
具体实施方式
一、制造工艺过程：
1、制备发光二极管外延片：如图3a所示，在一临时GaAs衬底100的一侧采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）依次外延生长缓冲层101、阻挡层102、n-GaAs欧姆接触层103、n-AIGaInP限制层104、MQW多量子阱有源层105、p-AIGaInP限制层106和p-GaP窗口层107。其中n-GaAs欧姆接触层103的厚度优选300埃，掺杂元素为Si，掺杂浓度优选1×1019cm-3以上。
在p-GaP窗口层107上蒸镀反射镜层108，材料为SiO2/ Ag，厚度为20/500nm，并在SiO2层上开设有导电小孔，反射镜层108同时也起到与p-GaP窗口层107形成欧姆接触的作用。
至此，制备取得发光二极管外延片。
2、如图3b所示，在一永久Si衬底200上表面蒸镀2微米厚的Au或Ag作为金属粘结层201。
3、如图3c所示，将完成上述步骤的发光二极管外延片倒装在Si衬底200上，并在350℃温度、4000kg压力条件下实现两者共晶键合。
4、如图3d所示，先采用氨水和双氧水混合溶液完全去除GaAs衬底100和缓冲层101，再采用盐酸、磷酸和水的混合溶液完全去除阻挡层102，再采用常规的干法蚀刻或湿法蚀刻制作出图案化的n-GaAs欧姆接触层103。
此步骤盐酸、磷酸和水的混合溶液中，盐酸、磷酸和水的混合质量比为1︰7︰7。
5、如图3e所示，在图案化的n-GaAs欧姆接触层103之上采用蒸镀方式制作n扩展电极层202：在蒸镀时，先后以AuGeNi混合材料和Au进行蒸镀，AuGeNi和Au镀层的厚度分别为100 nm和200nm，然后在420℃的氮气氛围中进行熔合，以形成的n扩展电极保护层202的尺寸大于图案化n-GaAs欧姆接触层103的尺寸，且n扩展电极层202的外缘连接在n-AIGaInP限制层104上。
然后采用盐酸、磷酸和水的混合溶液湿法粗化n-AIGaInP限制层104，在粗化的n-AIGaInP限制层104的中央局部区域上制作n主电极203，主电极为圆形，直径110微米，材料为Cr/Au，厚度100/3000nm，再将n主电极203与n扩展电极层202形成电学连接。
此步骤盐酸、磷酸和水的混合溶液中，盐酸、磷酸和水的混合质量比为1︰7︰7；也可以采用H3PO4、HCL、HBr、HF、H2O2或I2中的至少任意一种。
最后，在Si衬底200的另一侧面制作p电极层204，电极材料采用Ti/Pt/Au，厚度为30/50/300nm。
二、制成的产品特点：
如图2所示：在Si衬底200一面依次设置有Au或Ag金属粘结层201、反射镜层108、p-GaP窗口层107、p-AIGaInP限制层106、MQW多量子阱有源层105和n-AIGaInP限制层104，在n-AIGaInP限制层104上分别设置n主电极203和图形化的n-GaAs欧姆接触层103，在n-GaAs欧姆接触层103上设置n扩展电极层202，n扩展电极层202的尺寸大于图案化n-GaAs欧姆接触层103尺寸，且n扩展电极层202的外缘连接在n-AIGaInP限制层104上。在Si衬底200的另一面设置p电极层204。同时，n扩展电极层202与n主电极203之间设有电学连接。
Claims (2)
1.全覆盖式扩展电极结构的发光二极管，包括在Si衬底一面依次设置的金属粘结层、反射镜层、p-GaP窗口层、p-AIGaInP限制层、MQW多量子阱有源层和n-AIGaInP限制层，在n-AIGaInP限制层上分别设置n主电极和图形化的n-GaAs欧姆接触层，在n-GaAs欧姆接触层上设置n扩展电极层，n扩展电极层与n主电极电学连接；在Si衬底的另一面设置p电极；其特征在于所述n扩展电极层的尺寸大于图案化n-GaAs欧姆接触层尺寸，且n扩展电极层的外缘连接在n-AIGaInP限制层上。
2.根据权利要求1所述发光二极管，其特征在于所述n扩展电极层的厚度为300±50nm。
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