具有外延表面粗化層的砷磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種具有外延表面粗化層的砷磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管，設(shè)有：砷化鎵（GaAs）襯底，砷化鎵（GaAs）襯底上設(shè)有布拉格反射層，布拉格反射層上設(shè)有n型限制層，n型限制層上設(shè)有構(gòu)成發(fā)光二極管的核心發(fā)光區(qū)域的多量子阱有源區(qū),多量子阱有源區(qū)上設(shè)有p型限制層；p型限制層上設(shè)有p型磷化鎵（GaP）窗口層，其中，p型磷化鎵（GaP）窗口層上設(shè)有砷磷化鋁鎵（AlxGa1-x?AsyP1-y）表面粗化層；通過(guò)上述層結(jié)構(gòu)的相互連接構(gòu)成一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型通過(guò)在外延階段，直接在磷化鎵（GaP）窗口層上繼續(xù)外延生長(zhǎng)一薄層砷磷化鋁鎵（AlxGa1-x?AsyP1-y）；使生長(zhǎng)出來(lái)的砷磷化鋁鎵（AlxGa1-x?AsyP1-y）薄層表面粗化；解決了在對(duì)外延片表面粗糙化的過(guò)程中，所造成的損傷問(wèn)題；增加了光提取效率，提高了發(fā)光二極管的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的良品率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有外延表面粗化層的砷磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及發(fā)光二極管，尤其涉及一種具有外延表面粗化層的砷磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,發(fā)光二極管(lighting emitting diode, LED)以具有體積小,壽命長(zhǎng),響應(yīng)速度快，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于顯示，裝飾，通訊等諸多方面。
[0003]磷化鋁鎵銦(InAlGaP)四元系發(fā)光二極管，擁有晶格匹配的砷化鎵(GaAs)外延生長(zhǎng)襯底，內(nèi)量子效率可達(dá)90%以上，但其外量子效率還比較低。
[0004]現(xiàn)有的磷化鋁鎵銦(InAlGaP)四元系紅光發(fā)光二極管，采用砷化鎵(GaAs)作為襯底，并在砷化鎵(GaAs)襯底上由下至上依次設(shè)有分布布拉格反射器(DBRs)，η型限制層，多量子阱有源區(qū)，P型限制層和P型磷化鎵(GaP)窗口層。
[0005]上述結(jié)構(gòu)中，最常用的出光窗口層材料是磷化鎵(GaP)，其具有良好的電流擴(kuò)展性和優(yōu)異的透明度，是窗口層的良好選擇。但是，由于其折射率高達(dá)3以上，且出光表面為光滑平面，臨界反射角較小，使得有源層發(fā)射的光線大部分都在表面全反射回來(lái)，不僅導(dǎo)致出光效率比較低，而且，全反射光會(huì)導(dǎo)致發(fā)光二極管溫度升高，影響產(chǎn)品可靠性。
[0006]為了改善出光 效率，一個(gè)行之有效的方法是將出光表面粗化，即:讓表面由光滑變得粗糙。這將大大增加出射光在界面處折射時(shí)入射角度的隨機(jī)性，從統(tǒng)計(jì)概率上來(lái)說(shuō)，使得更多的光出射到空氣中，從而，提高出光效率。
[0007]目前，通常采取的粗化方法是:待外延片生長(zhǎng)完成后，在芯片工藝中對(duì)其表面進(jìn)行腐蝕或研磨，以使表面粗糙化。但這些方法不僅步驟復(fù)雜，制作困難，而且，很容易對(duì)外延片造成損傷，影響成品率。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)，而提供一種具有外延表面粗化層的砷磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管，其通過(guò)在外延階段，生長(zhǎng)完磷化鎵(GaP)窗口層后，直接在磷化鎵(GaP)窗口層上繼續(xù)外延生長(zhǎng)一薄層砷磷化鋁鎵(AlxGa^ AsyP1J ；通過(guò)磷化鋁鎵(AlxGah AsyPi_y)和磷化鎵(GaP)存在晶格差異，使生長(zhǎng)出來(lái)的砷磷化鋁鎵(AlxGah AsyPi_y)薄層表面坑洼不平，從而，起到表面粗化作用；不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)在對(duì)外延片表面粗糙化的過(guò)程中，所造成的損傷問(wèn)題；而且，增加了光提取效率，提高了發(fā)光二極管的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的良品率。
[0009]本實(shí)用新型的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種具有外延表面粗化層的砷磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管，設(shè)有:砷化鎵(GaAs)襯底，砷化鎵(GaAs)襯底上設(shè)有布拉格反射層，布拉格反射層上設(shè)有η型限制層，η型限制層上設(shè)有構(gòu)成發(fā)光二極管的核心發(fā)光區(qū)域的多量子阱有源區(qū)，多量子阱有源區(qū)上設(shè)有P型限制層$型限制層上設(shè)有P型磷化鎵(GaP)窗口層，其特征在于:ρ型磷化鎵(GaP)窗口層上設(shè)有砷磷化鋁鎵(AlxGah AsyPpy)表面粗化層；通過(guò)上述層結(jié)構(gòu)的相互連接構(gòu)成一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
[0011]所述砷磷化鋁鎵(AlxGah AsyPh)表面粗化層的頂面上設(shè)有P型電極，砷化鎵(GaAs)襯底的底面上設(shè)有η型電極，并形成一芯片整體；經(jīng)切割后的芯片整體成為發(fā)光二極管(LED)所需的芯片。
[0012]所述布拉格反射層為不同組分的磷化鋁鎵銦、磷化鋁鎵銦[(AlxGah) α5Ιηα5Ρ/(AlyGa1^y) 0.5Ιη0.5Ρ]材料或不同組分的砷化鋁鎵、砷化鋁鎵(AlxGai_xAS/AlyGayAS)材料，其中，X為O~l,y為O~I。
[0013]所述η型限制層為:η型磷化鋁鎵銦[(AlxGa1JyIrvyP]材料，其中，x為:0.6~1，y 為 0.4 ~0.6。
[0014]所述多量子阱有源區(qū)為:不同組分的磷化鋁鎵銦、磷化鋁鎵銦[(AlxGah)a5InQ.5P/ (AlyGa1-Pa5Ina5P]材料，其中，χ 為 O ~0.5，y 為 O ~I。
[0015]所述P型限制層為:p型磷化鋁鎵銦[(AlxGa1JyIrvyP]材料，其中，x為0.6~1，y 為 0.4 ~0.6。
[0016]所述P型磷化鎵(GaP)窗口層的厚度為:5_60微米；
[0017]所述P型砷磷化鋁鎵(AlxGah AsyP1J表面粗化層中:x為O~1，y為0.2~0.8，其厚度在10納米至300納米之間。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型由于采用上述技術(shù)方案，其通過(guò)在外延階段，生長(zhǎng)完磷化鎵(GaP)窗口層后，直接在磷化鎵(GaP)窗口層上繼續(xù)外延生長(zhǎng)一薄層砷磷化鋁鎵(AlxGa^ AsyP1J ;通過(guò)磷化鋁鎵(AlxGa^ AsyPl_y)和磷化鎵(GaP)存在晶格差異，使生長(zhǎng)出來(lái)的砷磷化鋁鎵(AlxGah AsyPi_y)薄層表面坑洼不平，從而，起到表面粗化作用；不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)在對(duì)外延片表面粗糙化的過(guò)程中，所造成的損傷問(wèn)題；而且，增加了光提取效率，提聞了發(fā)光二極管的穩(wěn)定性和廣品的良品率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型外延截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本實(shí)用新型芯片截面示意圖。
[0021]圖中主要標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
[0022]1.砷化鎵(GaAs)襯底、2.布拉格反射層、3.η型限制層、4.多量子阱有源區(qū)、5.ρ型限制層、6.ρ型磷化鎵(GaP)窗口層、7.表面粗化層、8.ρ型電極、9.η型電極。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1，圖2所示，本實(shí)用新型設(shè)有:砷化鎵(GaAs)襯底I，砷化鎵(GaAs)襯底I上設(shè)有布拉格反射層2，布拉格反射層2上設(shè)有η型限制層3，η型限制層3上設(shè)有構(gòu)成發(fā)光二極管的核心發(fā)光區(qū)域的多量子阱有源區(qū)4，多量子阱有源區(qū)4上設(shè)有ρ型限制層5 ；ρ型限制層5上設(shè)有ρ型磷化鎵(GaP)窗口層6，ρ型窗口層6上設(shè)有砷磷化鋁鎵(AlxGa^ AsyP1^y)表面粗化層7，其中，ρ型磷化鎵(GaP)窗口層6與砷磷化鋁鎵(AlxGah AsyPpy)表面粗化層7之間是利用磷化鋁鎵(AlxGah AsyPpy)和磷化鎵(GaP)存在晶格差異，使生長(zhǎng)出來(lái)的砷磷化鋁鎵(AlxGah AsyPi_y)薄層表面坑洼不平，從而，使表面粗化層7表面粗化；通過(guò)上述層結(jié)構(gòu)的相互連接構(gòu)成一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
[0024]上述砷磷化鋁鎵(AlxGah AsyPpy)表面粗化層7的頂面上設(shè)有ρ型電極8，砷化鎵(GaAs)襯底I的底面上設(shè)有η型電極9，并形成一芯片整體；經(jīng)切割后的芯片整體成為發(fā)光二極管(LED)所需的芯片。
[0025]上述布拉格反射層2，是由不同組分的磷化鋁鎵銦、磷化鋁鎵銦[(AlxGah)α5Ιηα5Ρ/ (AlyGa1^y) 0.5Ιη0.5Ρ]材料或不同組分的砷化鋁鎵、砷化鋁鎵(AlxGai_xAS/AlyGayAS)材料組成，其中，χ為O~l，y為O~I ;；
[0026]上述η型限制層3為:η型磷化鋁鎵銦[(AlxGa1JyIrvyP]材料，其中，x為6~1，y 為 0.4 ~0.6 ;
[0027]上述多量子阱有源區(qū)4為:不同組分的磷化鋁鎵銦、磷化鋁鎵銦[(AlxGah)a5InQ.5P/ (AlyGa1-Pa5Ina5P]材料，其中，χ 為 O ~0.5，y 為 O ~I ;[0028]上述ρ型限制層5為:p型磷化鋁鎵銦[(AlxGa1JyIrvyP]材料，其中，x為0.6~1，y 為 0.4 ~0.6 ;
[0029]上述ρ型磷化鎵(GaP)窗口層6的厚度為:5_60微米；
[0030]上述ρ型砷磷化鋁鎵(AlxGa^ AsyP^)表面粗化層7，其中，χ為O~l，y為0.2~
0.8，其厚度在10納米至300納米之間。
[0031]上述結(jié)構(gòu)采用如下制備步驟:
[0032]第一步:設(shè)置砷化鎵(GaAs)襯底I ;
[0033]第二步:在砷化鎵(GaAs)襯底I上外延生長(zhǎng)布拉格反射層2 ；
[0034]第三步:在布拉格反射層2上外延生長(zhǎng)η型限制層3 ；
[0035]第四步:在η型限制層3之上生長(zhǎng)多量子阱有源區(qū)4，以構(gòu)成發(fā)光二極管的核心發(fā)光區(qū)域；
[0036]第五步:在多量子阱有源區(qū)4上生長(zhǎng)ρ型限制層5 ；
[0037]第六步:在ρ型限制層5上生長(zhǎng)ρ型磷化鎵(GaP)窗口層6 ;
[0038]第七步:在ρ型窗口層6上生長(zhǎng)砷磷化鋁鎵(AlxGa^ AsyP1^y)表面粗化層7 ；
[0039]第八步:在砷磷化鋁鎵(AlxGa^ AsyP1J表面粗化層7頂面上制備P型電極8 ;
[0040]第九步:在砷化鎵(GaAs)襯底I底面上制備η型電極9，并形成一芯片整體；
[0041]第十步:將芯片整體進(jìn)行切割，使芯片整體成為發(fā)光二極管(LED)所需的芯片。
[0042]上述生長(zhǎng)于砷化鎵(GaAs)襯底I之上的布拉格反射層2，是由不同組分的磷化鋁鎵銦、磷化鋁鎵銦[(AlxGa1I)a5Ina5P/ (AlyGa^)a5Ina5P]材料或不同組分的砷化鋁鎵、砷化鋁鎵(AlxGahAsAlyGayAs)材料組成，其中，χ為O~l，y為O~I;；
[0043]上述η型限制層3是由η型磷化鋁鎵銦[(AlxGa1JyIrvyP]材料所組成，其中，x為
0.6 ~I, y 為 0.4 ~0.6 ;
[0044]上述多量子阱有源區(qū)4為:不同組分的磷化鋁鎵銦、磷化鋁鎵銦[(AlxGah)a5InQ.5P/ (AlyGa1-Pa5Ina5P]材料，其中，χ 為 O ~0.5，y 為 O ~I ;
[0045]上述ρ型限制層5為:p型磷化鋁鎵銦[(AlxGa1JyIrvyP]材料，其中，x為0.6~1，y 為 0.4 ~0.6 ;
[0046]上述ρ型磷化鎵(GaP)窗口層6的厚度為:5_60微米；
[0047]上述ρ型砷磷化鋁鎵(AlxGa^ AsyP^)表面粗化層7，其中，χ為O~l，y為0.2~0.8，其厚度在10納米至300納米之間。
[0048] 以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有外延表面粗化層的砷磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管，設(shè)有:砷化鎵(GaAs)襯底，砷化鎵(GaAs)襯底上設(shè)有布拉格反射層，布拉格反射層上設(shè)有η型限制層，η型限制層上設(shè)有構(gòu)成發(fā)光二極管的核心發(fā)光區(qū)域的多量子阱有源區(qū)，多量子阱有源區(qū)上設(shè)有P型限制層$型限制層上設(shè)有P型磷化鎵(GaP)窗口層，其特征在于:ρ型磷化鎵(GaP)窗口層上設(shè)有砷磷化鋁鎵(AlxGah AsyP1J表面粗化層；通過(guò)上述層結(jié)構(gòu)的相互連接構(gòu)成一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有外延表面粗化層的砷磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管，其特征在于:所述砷磷化鋁鎵(AlxGah AsyP1J表面粗化層的頂面上設(shè)有P型電極，砷化鎵(GaAs)襯底的底面上設(shè)有η型電極，并形成一芯片整體；經(jīng)切割后的芯片整體成為發(fā)光二極管(LED)所需的芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有外延表面粗化層的砷磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管，其特征在于:所述η型限制層為:η型磷化鋁鎵銦[(AlxGa1JyIrvyP]材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有外延表面粗化層的砷磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管，其特征在于:所述P型限制層為Φ型磷化鋁鎵銦[(AlxGa1JyIrvyP]材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有外延表面粗化層的砷磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管，其特征在于:所述P型磷化鎵(GaP)窗口層的厚度為:5-60微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有外延表面粗化層的砷磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管，其特征在于:所述P型砷磷化鋁鎵(AlxGah AsyP1J表面粗化層的厚度在10納米至300納米之間。
【文檔編號(hào)】H01L33/22GK203721755SQ201320813652
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】丁國(guó)建, 宋京, 張榮勤, 羅惠英, 王曉暉 申請(qǐng)人:天津中環(huán)新光科技有限公司