專利名稱：一種高效發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光二極管，作為一種顯示器件，其發(fā)光效率的提高一直是技術(shù)的追求目標(biāo)。提高外延材料的質(zhì)量，改善載流子注入效率，通過(guò)布拉格反射體減少砷化鎵襯底吸收，透明襯底鍵合，厚電流擴(kuò)展窗口，芯片出光結(jié)構(gòu)優(yōu)化，這些都對(duì)效率提高起到很好的效果。然而，目前芯片側(cè)面載流子復(fù)合損耗較少得到考慮。眾所周知，即使外延半導(dǎo)體材料表面復(fù)合都很高，通常在表面增加高帶寬的半導(dǎo)體材料能夠顯著減少表面載流子復(fù)合，提高發(fā)光效率。發(fā)光二極管側(cè)面通常由機(jī)械切割獲得，其表面缺陷較正常外延表面還要高得多，避免載流子側(cè)向復(fù)合對(duì)提高發(fā)光二極管效率非常重要。
常規(guī)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)如圖1，包括一個(gè)基板1，布拉格反射體2，第一種導(dǎo)電性載流子注入限制層3，控制發(fā)光波長(zhǎng)的的活化層4，第二種導(dǎo)電性和載流子注入限制層5，以及電流擴(kuò)展層6。
如圖2為發(fā)光二極管的常規(guī)制備工藝通過(guò)物理蒸發(fā)或?yàn)R射方法制備第二種導(dǎo)電性金屬接觸，對(duì)半導(dǎo)體器件第二種導(dǎo)電性金屬接觸退火，再將半導(dǎo)體器件減薄到需要的厚度，制備第一種導(dǎo)電性金屬接觸，然后，對(duì)半導(dǎo)體器件第一種導(dǎo)電性金屬接觸退火。將完成金屬制備的外延片，用機(jī)械方法按芯片尺寸部切分割，此切割深度應(yīng)通過(guò)外延層，但未完全切穿，完成部分切割的芯片進(jìn)行測(cè)試后，再用機(jī)械方法完全分割成分立的芯片。此機(jī)械切割對(duì)芯片側(cè)面產(chǎn)生大量缺陷，形成非輻射發(fā)光中心，影響發(fā)光二極管發(fā)光效率。
美國(guó)專利6201264B1提出對(duì)具有高鋁組分的LED結(jié)構(gòu)通過(guò)水氧化發(fā)光二極管側(cè)面的方法改善可靠性。本方法在于將發(fā)光二極管中易氧化的部分(此部分并非有意引入)水氧化，由于水氧化質(zhì)量較自然氧化好，因而器件壽命得以改善。為了達(dá)到目的，美國(guó)專利6201264B1提出厚度不能太厚(小于2微米)。中國(guó)專利98100008.8和中國(guó)專利申01103909.4通過(guò)水氧化高鋁組分實(shí)現(xiàn)電流擴(kuò)展。為了實(shí)現(xiàn)電流擴(kuò)展，電極必需在氧化層上，且與電流阻擋層面積相當(dāng)。美國(guó)專利6201264B1采用薄氧化層(＜2微米)，無(wú)法有效阻擋載流子的側(cè)向復(fù)合，不能產(chǎn)生本專利方法明顯的提高發(fā)光效率的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種減小發(fā)光二極管載流子側(cè)向復(fù)合，以提高發(fā)光二極管效率的高效發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及其制備方法。
一種高效發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)基板；
在基板上有一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)中有一層或一層以上易氧化的III-V半導(dǎo)體材料；結(jié)構(gòu)中位于芯片側(cè)向的易氧化層被氧化形成不導(dǎo)電的載流子阻擋層。
易氧化層位于載流子注入限制層兩側(cè)，載流子注入限制層中，或活化層中，或布拉格反射體兩側(cè)，或布拉格反射體內(nèi)，或布拉格反射體本身，或電流擴(kuò)展層中，或電流擴(kuò)展層底部，或器件全結(jié)構(gòu)；易氧化層為AlGaAs(Al組分大于70％)；易氧化層氧化條件為溫度300-650℃，在水汽條件下；易氧化層寬度大于3微米。
本發(fā)明的制備方法為外延結(jié)構(gòu)具有高鋁III-V半導(dǎo)體材料(Al＞50％)層。通過(guò)氧化高鋁III-V半導(dǎo)體層，實(shí)現(xiàn)載流子阻擋。其工藝方法為采用機(jī)械切割或化學(xué)腐蝕的方法，將芯片側(cè)面易氧化層暴露出來(lái)，對(duì)側(cè)面易氧化層氧化形成載流子阻擋層。
在發(fā)光二極管芯片制作工藝過(guò)程中，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中位于芯片側(cè)向的易氧化層被氧化形成不導(dǎo)電的載流子阻擋層，以減少側(cè)向載流子復(fù)合；由于氧化載流子阻擋層的高阻抗特性，載流子被擋離側(cè)面，從而實(shí)現(xiàn)減小側(cè)向載流子復(fù)合，提高發(fā)光二極管發(fā)光效率的目的。由于芯片側(cè)向無(wú)高帶寬材料，測(cè)向仍有由于載流子擴(kuò)散產(chǎn)生的復(fù)合，載流子阻擋層寬度的增加將減小載流子擴(kuò)散到達(dá)側(cè)面復(fù)合的幾率。實(shí)驗(yàn)表明，隨著載流子阻擋層寬度的增加，芯片發(fā)光效率顯著提高。載流子阻擋層寬度高達(dá)120微米，仍可見(jiàn)發(fā)光效率提高。


圖1一種常規(guī)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2發(fā)光二極管的常規(guī)制備工藝流程圖。
圖3為本發(fā)明的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的又一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明的實(shí)施例制備工藝流程圖。
圖6為本發(fā)明的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例以AlGaInP發(fā)光二極管為半導(dǎo)體器件例。
實(shí)施例一參照?qǐng)D3，本發(fā)明為一種625nm紅光AlGaInP發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，包括15個(gè)周期的AlAs/Al0.5Ga0.5As布拉格反射層，AlGaInPn-型載流子注入限制層，AlGaInP/GaInP活化層，AlGaInP p-型載流子注入限制層，GaP電流擴(kuò)展層。此發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)中AlAs是易氧化層，氧化后將用于載流子阻擋層。
實(shí)施例二參照?qǐng)D4，本發(fā)明為另一種625nm紅光AlGaInP發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)AlAs載流子阻擋層，15個(gè)周期的Al0.5In0.5P/Al0.15Ga0.35In0.5P布拉格反射層，AlGaInP n-型載流子注入限制層，AlGaInP/GaInP活化層，AlGaInP p-型載流子注入限制層，p-GaP電流擴(kuò)展層。此發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)中AlAs是易氧化層，氧化后將用于載流子阻擋層。
參照?qǐng)D5，本發(fā)明的實(shí)施例根據(jù)圖3、4結(jié)構(gòu)的制備工藝流程圖。用電子束蒸發(fā)形成p-型接觸電極。p-型接觸電極退火后，減薄到約8mil，用電子束蒸發(fā)形成n-型接觸電極，用機(jī)械方法在芯片分離處切割約30微米深的溝道，對(duì)半切后的外延片氧化形成載流子阻擋層；易氧化層為AlGaAs(Al組分大于70％)；易氧化層氧化條件為溫度300-650℃，在水汽條件下；易氧化層寬度大于3微米。量點(diǎn)墨后，用機(jī)械方法在芯片分離處切穿，目檢后入庫(kù)。
經(jīng)過(guò)圖5所示制備工藝后，圖3結(jié)構(gòu)的芯片結(jié)構(gòu)如圖6(a)，圖4結(jié)構(gòu)的芯片結(jié)構(gòu)如圖6(b)，其中側(cè)向氧化區(qū)域?qū)d流子起到阻擋作用。
權(quán)利要求
1一種高效發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)基板；在基板上有一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)中有一層或一層以上易氧化的III-V半導(dǎo)體材料。結(jié)構(gòu)中位于芯片側(cè)向的易氧化層被氧化形成不導(dǎo)電的載流子阻擋層。
2如權(quán)利要求1所述一種高效發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，其特征是易氧化層位于載流子注入限制層兩側(cè)，載流子注入限制層中，活化層中，布拉格反射體兩側(cè)，布拉格反射體內(nèi)，布拉格反射體本身，電流擴(kuò)展層中，電流擴(kuò)展層底部，或器件全結(jié)構(gòu)。
3如權(quán)利要求1所述一種高效發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，其特征是其中易氧化層為AlGaAs(Al組分大于70％)。
4如權(quán)利要求1所述一種高效發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，其特征是易氧化層氧化條件為溫度300-650℃，在水汽條件下。
5如權(quán)利要求1所述一種高效發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，其特征是易氧化層寬度大于3微米。
6一種高效發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)的制備方法為外延結(jié)構(gòu)具有高鋁III-V半導(dǎo)體材料(Al＞50％)層。通過(guò)氧化高鋁III-V半導(dǎo)體層，實(shí)現(xiàn)載流子阻擋。其工藝方法為采用機(jī)械切割或化學(xué)腐蝕的方法，將芯片側(cè)面易氧化層暴露出來(lái)，對(duì)側(cè)面易氧化層氧化形成載流子阻擋層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高效發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及其制備方法，根據(jù)本發(fā)明，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中至少有一層易氧化的III－V半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在發(fā)光二極管制備過(guò)程中通過(guò)對(duì)此易氧化的III－V半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)氧化，在發(fā)光二極管側(cè)面形成不導(dǎo)電的載流子阻擋層，以減少載流子在發(fā)光二極管側(cè)面復(fù)合，提高發(fā)光二極管效率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1655369SQ20041002358
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2004年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日
發(fā)明者何曉光, 黃尊祥 申請(qǐng)人:廈門(mén)三安電子有限公司