專利名稱：一種采用n型襯底的發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，常用AIGaInP (鋁鎵銦磷)系發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)為在N型GaAs襯底基礎(chǔ)上依次生長有N型GaAs (砷化鎵)緩沖層、布拉格反射層、N型下限制層、有源層、P型上限制層和P型電流擴(kuò)展層。單一 P型電流擴(kuò)展層的結(jié)構(gòu)，其上表面是平面狀，因此，當(dāng)位于中間夾層的有源層發(fā)光時(shí)，除一部分光線出射于LED器件的外部，由于半導(dǎo)體材料相對于外部空氣而言為高折射率材料，當(dāng)光線的出射角度大于一定臨界角時(shí)，另有大部分光線會產(chǎn)生全反射，致使光線的出射效果不佳；同時(shí)，全反射光在發(fā)光二極管體內(nèi)會產(chǎn)生熱能，使得發(fā)光二極管整體溫度升高；既降低了產(chǎn)品的發(fā)光效率，又縮短了產(chǎn)品的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種采用N型襯底的發(fā)光二極管，可大幅提高發(fā)光二極管的外量子效率，發(fā)光效率高，使用壽命長。本發(fā)明還提供上述采用N型襯底發(fā)光二極管的制造方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種采用N型襯底的發(fā)光二極管，包括N型GaAs襯底，在N型GaAs襯底上依次生長有N型GaAs緩沖層、布拉格反射層、N型下限制層、有源層、P型上限制層、P型電流擴(kuò)展層、P型粗化層以及歐姆接觸層。優(yōu)選所述布拉格反射層由p-AlAs/p-AlxGal-xAs 或 p-AlInP/p_( AlxGal-x )ylnl-yP 構(gòu)成；所述 p-AlAs/p-AlxGal-xAs 中，x 為 0 0. 7 ;所述 p-AlInP/p- ( AlxGal-x)yin 1-yP 中，x 為 0. 3 0. 7 , y 為 0. 4 0. 6。優(yōu)選所述N型下限制層由n- (AlxGal-x) ylnl-yP構(gòu)成,其中X為0. 2 1，y為0. 4 0. 6。優(yōu)選所述有源層由Undoped-(AlxGal-x)ylnl-yP構(gòu)成,其中X為0 0. 3 , y為0. 4 0. 6。優(yōu)選所述P型下限制層由p_ (AlxGal-x)ylnl-yP構(gòu)成,其中X為0. 2 I，y為0. 4 0. 6。優(yōu)選所述P型電流擴(kuò)展層由p-AlxGal-xAs構(gòu)成,其中x為0 0. 8,所述P型電流擴(kuò)展層厚度為I 15um。所述的P型電流擴(kuò)展層還可摻雜元素C、Mg、Zn中的一種或多種，其摻雜濃度為5el7 le20。由p_AlxGal_xAs構(gòu)成的電流擴(kuò)展層可避開p-(AlxGal-x)ylnl-yP電導(dǎo)性差的問題，有效解決了 AlGaInP系發(fā)光二極管的電流擴(kuò)展問題。優(yōu)選所述P型粗化層由p-(AlxGal_x)yInl-yP構(gòu)成,其中x為0. 3 I,所述P型粗化層的厚度為0. 3 5um。所述的P型粗化層也可摻雜元素C、Mg、Zn中的一種或多種，其摻雜濃度為lel7 le20。由p- (AlxGal-x)ylnl-yP構(gòu)成的粗化層則可以大幅增加LED器件外量子效率，使原先發(fā)生全反射而無法出射的光，從外延層中重新提取出來，以提高其發(fā)光亮度。優(yōu)選所述歐姆接觸層由P++GaAs構(gòu)成。上述采用N型襯底的發(fā)光二極管的制造方法包括以下步驟
步驟一、在300°C -700°C的溫度下，對N型GaAs襯底進(jìn)行表面處理，去除水氣、表面氧化層；
步驟二、在N型GaAs襯底上面生長N型GaAs緩沖層；
步驟三、在N型GaAs緩沖層上面生長布拉格反射層；
步驟四、在布拉格反射層上面生長N型下限制層；
步驟五、在N型下限制層上面生長有源層；
步驟六、在有源層上面生長P型上限制層；
步驟七、在P型上限制層上面生長P型電流擴(kuò)展層；
步驟八、在P型電流擴(kuò)展層上面生長P型粗化層；
步驟九、在P型粗化層上面生長歐姆接觸層。本發(fā)明由于在P型電流擴(kuò)展層的上面增設(shè)P型粗化層，通過P型粗化層可以大幅增加LED器件有效出光面積，使原先發(fā)生全反射而無法射出的光，重新以不同角度射向LED器件的外部，等于將這些光從外延層中重新提取出來，極大的提高了 AIGaInP系發(fā)光二極管的外量子效率，提高了發(fā)光效率。另一方面，因原先發(fā)生全反射而無法射出的光，通過P型粗化層以不同角度重新射向LED器件的外部，減少此部分光線在LED器件內(nèi)部產(chǎn)生熱量，降低LED器件內(nèi)部的工作溫度，延長LED器件的使用壽命。本發(fā)明的制造方法相比采用P型襯底發(fā)光二極管的生產(chǎn)方法，工藝簡單，容易實(shí)現(xiàn)和控制，另外采用N型的襯底成本低廉，N型布拉格反射層電子遷移率高；本發(fā)明的制造方法對比目前比較成熟的倒裝粗化LED工藝，則去除了襯底剝離、Bonding等復(fù)雜的芯片工藝步驟，大幅簡化了芯片的流程，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品良率。


圖I是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I所示，一種采用N型襯底的發(fā)光二極管，包括N型GaAs襯底1，在N型GaAs襯底I上依次生長有N型GaAs緩沖層2、布拉格反射層3、N型下限制層4、有源層5、P型上限制層6、P型電流擴(kuò)展層7、P型粗化層8以及歐姆接觸層9。優(yōu)選所述布拉格反射層3 由 p-AlAs/p-AlxGal-xAs 或 p-AlInP/p_( AlxGal-x )ylnl-yP 構(gòu)成；所述 p-AlAs/p-AlxGal-xAs 中，x 為 0 0. 7 ;所述 p-AlInP/p- ( AlxGal-x)yin 1-yP 中，x 為 0. 3 0. 7 , y 為 0. 4 0. 6。優(yōu)選所述N型下限制層4由n- (AlxGal-x) ylnl-yP構(gòu)成,其中X為0. 2 1，y為 0. 4 0. 6。優(yōu)選所述有源層5由Undoped- (AlxGal_x)yInl_yP構(gòu)成,其中x為0 0. 3，y為 0. 4 0. 6。優(yōu)選所述P型下限制層6由p- (AlxGal-x)ylnl-yP構(gòu)成,其中X為0. 2 I , y為 0. 4 0. 6。優(yōu)選所述P型電流擴(kuò)展層7由p-AlxGal-xAs構(gòu)成,其中x為0 0. 8,所述P型電流擴(kuò)展層厚度為I 15um。所述的P型電流擴(kuò)展層還可摻雜元素C、Mg、Zn中的一種或多種，其摻雜濃度為5el7 le20。優(yōu)選所述P型粗化層8由p- (AlxGal-x) ylnl-yP構(gòu)成,其中X為0. 3 I,所述P型粗化層的厚度為0. 3 5um。所述的P型粗化層也可摻雜元素C、Mg、Zn中的一種或多種，其摻雜濃度為lel7 le20。優(yōu)選所述歐姆接觸層9由P++GaAs構(gòu)成。
上述采用N型襯底的發(fā)光二極管的制造方法為
步驟一、在300°C -700°C的溫度下，對N型GaAs襯底I進(jìn)行表面處理，去除水氣、表面氧化層；
步驟二、在N型GaAs襯底I上面生長N型GaAs緩沖層2 ；
步驟三、在N型GaAs緩沖層2上面生長布拉格反射層3 ；
步驟四、在布拉格反射層3上面生長N型下限制層4 ；
步驟五、在N型下限制層4上面生長有源層5 ；
步驟六、在有源層5上面生長P型上限制層6 ；
步驟七、在P型上限制層6上面生長P型電流擴(kuò)展層7 ；
步驟八、在P型電流擴(kuò)展層7上面生長P型粗化層8 ；
步驟九、在P型粗化層8上面生長歐姆接觸層9。本發(fā)明各外延結(jié)構(gòu)均可米用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)進(jìn)行外延生長。以上僅是本發(fā)明一個(gè)較佳的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員按權(quán)利要求作等同的改變都落入本案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種采用N型襯底的發(fā)光二極管，包括N型GaAs襯底，其特征在于在N型GaAs襯底上依次生長有N型GaAs緩沖層、布拉格反射層、N型下限制層、有源層、P型上限制層、P型電流擴(kuò)展層、P型粗化層以及歐姆接觸層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用N型襯底的發(fā)光二極管，其特征在于所述布拉格反射層由 P_AlAs/p-AlxGal_xAs 或 p-AlInP/p-( AlxGal-x )yInl_yP 構(gòu)成；所述 p-AlAs/p-AlxGal-xAs 中，x 為 O 0. 7 ;所述 p-AlInP/p- ( AlxGal-x) yin 1-yP 中，x 為 0. 3 0. 7,y 為 0. 4 0. 6。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用N型襯底的發(fā)光二極管，其特征在于所述N型下限制層由n_ (AlxGal-x) ylnl-yP構(gòu)成，其中x為0. 2 1，y為0. 4 0. 6。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用N型襯底的發(fā)光二極管，其特征在于所述有源層由 Undoped- (AlxGal-x) ylnl-yP 構(gòu)成，其中 x 為 0 0. 3，y 為 0. 4 0. 6。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用N型襯底的發(fā)光二極管，其特征在于所述P型下限制層由p- (AlxGal-x) ylnl-yP構(gòu)成，其中x為0. 2 I，y為0. 4 0. 6。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用N型襯底的發(fā)光二極管，其特征在于所述P型電流擴(kuò)展層由p-AlxGal-xAs構(gòu)成,其中x為0 0. 8,所述P型電流擴(kuò)展層厚度為I 15um。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用N型襯底的發(fā)光二極管，其特征在于所述P型粗化層由p- (AlxGal-x) ylnl-yP構(gòu)成,其中x為0. 3 I,所述P型粗化層的厚度為0. 3 5um0
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用N型襯底的發(fā)光二極管，其特征在于所述歐姆接觸層由P++GaAs構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8任一項(xiàng)所述發(fā)光二極管的制造方法，其包括以下步驟 步驟一、在300°C -700°C的溫度下，對N型GaAs襯底進(jìn)行表面處理，去除水氣、表面氧化層； 步驟二、在N型GaAs襯底上面生長N型GaAs緩沖層； 步驟三、在N型GaAs緩沖層上面生長布拉格反射層； 步驟四、在布拉格反射層上面生長N型下限制層； 步驟五、在N型下限制層上面生長有源層； 步驟六、在有源層上面生長P型上限制層； 步驟七、在P型上限制層上面生長P型電流擴(kuò)展層； 步驟八、在P型電流擴(kuò)展層上面生長P型粗化層； 步驟九、在P型粗化層上面生長歐姆接觸層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種采用N型襯底的發(fā)光二極管及其制造方法，其包括N型GaAs襯底，在N型GaAs襯底上依次生長有N型GaAs緩沖層、布拉格反射層、N型下限制層、有源層、P型上限制層、P型電流擴(kuò)展層、P型粗化層以及歐姆接觸層；所述有源層可由Undoped-(AlxGa1-x)yIn1-yP構(gòu)成；所述P型電流擴(kuò)展層可由p-AlxGa1-xAs構(gòu)成且其厚度為1～15um；所述P型粗化層可由p-(AlxGa1-x)yIn1-yP構(gòu)成且其厚度為0.3～5um；所述歐姆接觸層由P++GaAs構(gòu)成；其制造方法包括在300℃-700℃的溫度下對N型GaAs襯底進(jìn)行表面處理，然后依次生長各外延結(jié)構(gòu)；本發(fā)明可大幅提高發(fā)光二極管的外量子效率，發(fā)光效率高，使用壽命長。
文檔編號H01L33/14GK102760809SQ20121026795
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者楊凱, 林志偉, 林志園, 蔡建九, 陳凱軒 申請人:廈門乾照光電股份有限公司