CN205595362U

CN205595362U - 一种砷化镓基高电压黄绿光发光二极管芯片

Info

Publication number: CN205595362U
Application number: CN201620255314.0U
Authority: CN
Inventors: 赵宇; 林鸿亮; 张双翔; 杨凯; 何胜; 李洪雨; 田海军
Original assignee: Yangzhou Changelight Co Ltd
Current assignee: Yangzhou Changelight Co Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2026-03-30

Abstract

一种砷化镓基高电压黄绿光发光二极管芯片，属于光电子技术领域，特点是在p型载流子限制层和GaP窗口层之间还设置了GaP电阻层。本实用新型制作工艺简单、合理，制成的产品优质、稳定。在不牺牲产品可靠性的同时将串联电阻集成在LED芯片中，在 20 mA工作电流条件下，7 mil ×7 mil尺寸LED芯片的工作电压可达2.35 V以上，可以直接使用与GaP基二元系高电压黄绿光LED兼容的驱动电路。

Description

一种砷化镓基高电压黄绿光发光二极管芯片

技术领域

本实用新型属于光电子技术领域，具体涉及AlGaInP四元系发光二极管（LED）技术领域。

背景技术

图1展示了传统的正装AlGaInP四元系黄光LED的结构，即在GaAs基板101上，自下而上依次生长为缓冲层102、Bragg反射镜层103、n型限制层104、多量子阱有源区层105、p型限制层106和GaP窗口层107，并将第一电极108制作于GaP窗口层107上。其GaP窗口层107的主要作用是提供横向电流扩展，提升LED芯片发光亮度。

在AlGaInP四元系LED得到大面积推广前，GaP基黄绿光LED 是使用最为广泛使用的LED芯片。其特点是亮度需求不高，同时有大量的成熟的、针对其光电参数的驱动电路及全套使用方案。相较三元系LED，如今的GaAs基AlGaInP四元系黄绿光LED芯片可靠性更好，生产规模大、边际成本更小。然而，由于使用了不同的半导体材料、禁带宽度不同，传统的四元系黄光LED的工作电压通常在1.9 V到2.2 V，低于GaP基二元系LED的2.3 V至3.0 V。虽然传统AlGaInP四元系LED芯片可以通过串联分立电阻的方式匹配原有为GaP基二元系LED设计的驱动电路，但这种方案会提升封装难度、增加封装成本。因此，传统的GaAs基AlGaInP四元系LED无法直接替代低亮度的GaP基二元系LED芯片。

实用新型内容

本实用新型旨在不改变LED芯片外观尺寸、不增加分立电阻、不牺牲器件可靠性的前提下，提供一种使用MOCVD制造砷化镓基AlGaInP四元系、集成串联电阻的、20 mA工作电压超过2.3 V的高电压黄绿光LED芯片方案，从而扩宽AlGaInP四元系LED芯片的应用范围。

本实用新型包括依次设置在n型GaAs基片一侧的n型GaAs缓冲层、n型Bragg反射镜层、n型载流子限制层、多量子阱有源区层、p型载流子限制层、GaP电阻层和GaP窗口层，在GaP窗口层上设置第一电极，在n型GaAs基片的另一侧设置第二电极.

本实用新型的特点是：在p型载流子限制层和GaP窗口层之间还设置了GaP电阻层。

本实用新型通过使用低载流子浓度n型GaAs基板，在芯片负极一侧增加串联电阻，该层紧贴封装底座、散热良好，串联电阻产生的热量不会对有源区产生影响；同时，通过补偿掺杂的GaP层增加正极的串联电阻，该层材料紧贴封装材料散热较好，同时GaP材料结合能比AlGaInP、禁带较宽、其光电特性和老化特性对温升不敏感。因此，本设计在不牺牲产品可靠性的同时将串联电阻集成在LED芯片中，在 20 mA工作电流条件下，7 mil ×7 mil尺寸LED芯片的工作电压可达2.35 V以上，可以直接使用与GaP基二元系高电压黄绿光LED兼容的驱动电路。

附图说明

图1为传统GaAs基AlGaInP四元系黄光LED芯片结构剖视图。

图2为本实用新型的GaAs基AlGaInP四元系高电压黄绿光芯片剖视图。

具体实施方式

一、外延片及芯片生产工艺步骤：

1、将室温下载流子浓度低于4×10¹⁷ cm^-3的低载流子浓度n型GaAs基片置于MOCVD系统中的反应腔体中，加热至600℃～700℃，去除基片表面的钝化层，并在n型GaAs基片的一侧生长一定厚度的、掺有硅元素的n型GaAs缓冲层。

2、在GaAs 缓冲层上生长Bragg反射镜层。

3、在减反射层上沉积 n型载流子限制层。

4、在n型载流子限制层上沉积多量子阱有源区层。

5、在多量子阱有源区层上沉积 p型载流子限制层。

6、在p型载流子限制层上生长一定厚度的GaP电阻层，同时添加Mg作为p型掺杂剂、Si作为n型掺杂剂，并呈现特定的深度分布，增加GaP层材料电阻率。

7、在GaP电阻层上沉积GaP窗口层。

8、在n型GaAs基片的另一侧制作第二电极。

以上使用金属有机化合物气相沉积设备（MOCVD）将GaAs基片制备成具有高电压黄绿光LED外延结构的高电压黄绿光LED外延片。

8、通过金属蒸镀、退火、光刻、湿法腐蚀、研磨、刀片切割等标准AlGaInP四元系LED芯片生产工艺将以上GaP基四元系AlGaInP外延片加工成独立的高电压黄绿光LED芯片。

二、芯片结构分析：

如图2所示为采用以上工艺制成的低亮度LED芯片，其中 GaAs基板201包括第一表面和第二表面，从基板201的第一表面自下而上为缓冲层202、Bragg反射镜层203、n型载流子限制层204、多量子阱有源区层205、p型限制层206、GaP电阻层207和GaP窗口层208。第一电极209形成于GaP窗口层208之上，第二电极209形成于GaAs基板201的第二表面之上。

三、评价尺寸为7.0×7.0 mil²四元系高电压黄绿光LED器件的光电特性列于下表：

样品编号	VF (V, @20mA)	LOP (mcd, @20mA)	WLD(nm, @20mA)
				#1	2.39	45.3	569.8
#2	2.40	45.2	569.9
				#3	2.38	45.4	569.9
#4	2.40	45.3	569.6
				平均值	2.39	45.3	569.8

由上表可见：在第一电极和第二电极通电后流过电流的结果，发射出了主波长平均值为569.8 nm的黄绿光，正向流过20 mA电流时的正向电压平均值为2.39 V，法向光强均值为45.3 mcd。

Claims

1.一种砷化镓基高电压黄绿光发光二极管芯片，其特征在于：包括依次设置在n型GaAs基片一侧的n型GaAs缓冲层、n型Bragg反射镜层、n型载流子限制层、多量子阱有源区层、p型载流子限制层、GaP电阻层和GaP窗口层，在GaP窗口层上设，在GaP窗口层下方设置GaP电阻层。