一種四元發(fā)光二極管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底、緩沖層、布拉格反射器、下包覆層、發(fā)光層、上包覆層、局部摻雜突變區(qū)、外延窗口層、上電極和下電極，局部摻雜突變區(qū)位于上電極的正下方，在襯底上通過第一次外延生長(zhǎng)依次形成緩沖層、布拉格反射器、下包覆層、發(fā)光層和上包覆層，通過第二次外延生長(zhǎng)形成外延窗口層。本實(shí)用新型通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，不僅是在電極下方通過外延手段制作的局部摻雜突變區(qū)，減少載流子在電極正下方復(fù)合，同時(shí)結(jié)合氧化布拉格反射器外圍區(qū)域，使發(fā)光二極管的出光效率得到了有效提高。
【專利說明】 —種四元發(fā)光二極管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及LED領(lǐng)域，特別是指一種四元發(fā)光二極管。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，紅黃光LED使用的都是基于GaAs的II1-V族化合物半導(dǎo)體材料；在正向電壓驅(qū)使下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子一部分與多數(shù)載流子復(fù)合發(fā)光。四元系發(fā)光二級(jí)管發(fā)光效率主要受到吸光襯底GaAs的影響，其次還有金屬電極對(duì)光的阻擋作用，導(dǎo)致光不能從發(fā)光二極管表面發(fā)出，從而影響出光效率。
[0003]為此，改善LED發(fā)光效率的研究較為活躍，主要技術(shù)有采用圖形襯底技術(shù)、分布電流阻隔層、分布布拉格反射層(英文為Distributed Bragg Ref lector,簡(jiǎn)稱DBR)結(jié)構(gòu)、透明襯底、表面粗化、光子晶體技術(shù)等。其中采用分布電流阻隔層提高LED發(fā)光效率，目前一般常見的做法是在P電極底下鍍絕緣材料，如二氧化硅(S12)、氮化硅(Si3N4)等，但由于電極材料為金屬，當(dāng)光從多重量子阱發(fā)出來，到達(dá)電極時(shí)仍會(huì)有約10%的光損失。
[0004]傳統(tǒng)減少電流在電極正下方擁擠的方法是利用絕緣介質(zhì)層或者肖特基結(jié)來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)工藝較為復(fù)雜。本實(shí)用新型通過外延技術(shù)直接實(shí)現(xiàn)了減少電流在電極下方的擁擠，電流在有源區(qū)的有效擴(kuò)展。布拉格反射器從材料體系、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和降低串電阻方法等方面在發(fā)光二極管中應(yīng)用與發(fā)展，因此同時(shí)引入局部高反射率布拉格反射器，改善其光提取效率。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型提出一種四元發(fā)光二極管及其制造方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中電流在電極正下方擁擠的問題。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底、緩沖層、布拉格反射器、下包覆層、發(fā)光層、上包覆層、局部摻雜突變區(qū)、外延窗口層、上電極和下電極，局部摻雜突變區(qū)位于上電極的正下方，在襯底上通過第一次外延生長(zhǎng)依次形成緩沖層、布拉格反射器、下包覆層、發(fā)光層和上包覆層，通過第二次外延生長(zhǎng)形成外延窗口層。
[0007]優(yōu)選地，布拉格反射器的中心區(qū)域位于局部摻雜突變區(qū)的正下方。
[0008]優(yōu)選地，布拉格反射器的中心區(qū)域的面積 > 局部摻雜突變區(qū)的面積。
[0009]優(yōu)選地，布拉格反射器的外圍區(qū)域?yàn)椴祭穹瓷淦餮趸瘏^(qū)。
[0010]優(yōu)選地，布拉格反射器包括高鋁含量層和低鋁含量層。
[0011]優(yōu)選地，高鋁含量層具體為高鋁含量的AlGaAs層或高鋁含量的AlGaInP層，鋁含量范圍為80 %?100 %，低鋁含量層具體為低鋁含量的AlGaAs層或低鋁含量的AlGaInP層，鋁含量范圍為0%?80%。
[0012]優(yōu)選地,布拉格反射器由AlGaAs/AlGaAs、AlGaAs/AlGalnP、AlGalnP/AlGalnP 或AlGalnP/AlGaAs的重復(fù)單元組成。
[0013]優(yōu)選地，襯底和緩沖層所用材料相同，材料具體為GaAs ;局部摻雜突變區(qū)由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體材料具體為P型半導(dǎo)體材料，P型半導(dǎo)體材料具體為GaP。
[0014]優(yōu)選地,上電極所用材料為Au/BeAu/Au,下電極所用材料為GeAu/Au。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0016]本實(shí)用新型是一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)的新型復(fù)合增亮發(fā)光二極管，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，不僅在電極下方通過外延手段制作的局部摻雜突變區(qū)減少了載流子在電極正下方復(fù)合，同時(shí)結(jié)合氧化布拉格反射器外圍區(qū)域，使發(fā)光二極管的出光效率得到了有效提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本實(shí)用新型一種四元發(fā)光二極管一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型一種四元發(fā)光二極管又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:
[0021]1、襯底；2、緩沖層；3、布拉格反射器；4、下包覆層；5、發(fā)光層；6、上包覆層；7、局部摻雜突變區(qū)；8、外延窗口層；9、上電極；10、下電極；11、布拉格反射器氧化區(qū)。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0023]實(shí)施例1
[0024]如圖1所示，本實(shí)用新型一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底1、緩沖層
2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5、上包覆層6、局部摻雜突變區(qū)7、外延窗口層8、上電極9和下電極10，局部摻雜突變區(qū)7位于上電極9的正下方，在襯底I上通過第一次外延生長(zhǎng)依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6，通過第二次外延生長(zhǎng)形成外延窗口層8。
[0025]布拉格反射器3的中心區(qū)域位于局部摻雜突變區(qū)7的正下方。布拉格反射器3的中心區(qū)域的面積>局部摻雜突變區(qū)7的面積。襯底I和緩沖層2所用材料相同，材料具體為GaAs。布拉格反射器3由AlGaAs/AlGaAs的重復(fù)單兀組成。局部摻雜突變區(qū)7由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體材料具體為P型半導(dǎo)體材料。上電極9所用材料為Au/BeAu/Au,下電極10所用材料為GeAu/Au。
[0026]襯底I表面可能存在缺陷，直接生長(zhǎng)布拉格反射器3以及后續(xù)各層，可能導(dǎo)致缺陷增多；設(shè)置緩沖層2目的是屏蔽襯底I表面缺陷，為后續(xù)各生長(zhǎng)層提供理想的GaAs表面。
[0027]實(shí)施例2
[0028]如圖1所示，本實(shí)用新型一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底1、緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5、上包覆層6、局部摻雜突變區(qū)7、外延窗口層8、上電極9和下電極10，局部摻雜突變區(qū)7位于上電極9的正下方，在襯底I上通過第一次外延生長(zhǎng)依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6，通過第二次外延生長(zhǎng)形成外延窗口層8。
[0029]布拉格反射器3的中心區(qū)域位于局部摻雜突變區(qū)7的正下方。布拉格反射器3的中心區(qū)域的面積>局部摻雜突變區(qū)7的面積。襯底I和緩沖層2所用材料相同，材料具體為GaAs。布拉格反射器3由AlGaAs/AlGalnP的重復(fù)單元組成。局部摻雜突變區(qū)7由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體材料具體為GaP。上電極9所用材料為Au/BeAu/Au，下電極10所用材料為GeAu/Au。
[0030]襯底I表面可能存在缺陷，直接生長(zhǎng)布拉格反射器3以及后續(xù)各層，可能導(dǎo)致缺陷增多；形成緩沖層2目的是屏蔽襯底I表面缺陷，為后續(xù)各生長(zhǎng)層提供理想的GaAs表面。
[0031]實(shí)施例3
[0032]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底1、緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5、上包覆層6、局部摻雜突變區(qū)7、外延窗口層8、上電極9和下電極10，局部摻雜突變區(qū)7位于上電極9的正下方，在襯底I上通過第一次外延生長(zhǎng)依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6，通過第二次外延生長(zhǎng)形成外延窗口層8。
[0033]布拉格反射器3的中心區(qū)域位于局部摻雜突變區(qū)7的正下方。布拉格反射器3的中心區(qū)域的面積>局部摻雜突變區(qū)7的面積。襯底I和緩沖層2所用材料相同，材料具體為GaAs。布拉格反射器3由AlGalnP/AlGalnP的重復(fù)單元組成。局部摻雜突變區(qū)7由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體材料具體為P型半導(dǎo)體材料，P型半導(dǎo)體材料具體為GaP。上電極9所用材料為Au/BeAu/Au,下電極10所用材料為GeAu/Au。
[0034]布拉格反射器3的外圍區(qū)域?yàn)椴祭穹瓷淦餮趸瘏^(qū)11。布拉格反射器3包括高鋁含量層和低鋁含量層。高鋁含量層具體為高鋁含量的AlGaInP層，鋁含量為80%，低鋁含量層具體為低鋁含量的AlGaInP層，鋁含量為50%。
[0035]實(shí)施例4
[0036]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底1、緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5、上包覆層6、局部摻雜突變區(qū)7、外延窗口層8、上電極9和下電極10，局部摻雜突變區(qū)7位于上電極9的正下方，在襯底I上通過第一次外延生長(zhǎng)依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6，通過第二次外延生長(zhǎng)形成外延窗口層8。
[0037]布拉格反射器3的中心區(qū)域位于局部摻雜突變區(qū)7的正下方。布拉格反射器3的中心區(qū)域的面積>局部摻雜突變區(qū)7的面積。襯底I和緩沖層2所用材料相同，材料具體為GaAs0布拉格反射器3由AlGalnP/AlGaAs的重復(fù)單元組成。局部摻雜突變區(qū)7由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體材料具體為P型半導(dǎo)體材料，P型半導(dǎo)體材料具體為GaP。上電極9所用材料為Au/BeAu/Au，下電極10所用材料為GeAu/Au。
[0038]布拉格反射器3的外圍區(qū)域?yàn)椴祭穹瓷淦餮趸瘏^(qū)11。布拉格反射器3包括高鋁含量層和低鋁含量層。高鋁含量層具體為高鋁含量的AlGaInP層，鋁含量為100%，低鋁含量層具體為低鋁含量的AlGaAs層，鋁含量為80%。
[0039]實(shí)施例5
[0040]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型一種四元發(fā)光二極管，自下而上依次包括襯底1、緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5、上包覆層6、局部摻雜突變區(qū)7、外延窗口層8、上電極9和下電極10，局部摻雜突變區(qū)7位于上電極9的正下方，在襯底I上通過第一次外延生長(zhǎng)依次形成緩沖層2、布拉格反射器3、下包覆層4、發(fā)光層5和上包覆層6，通過第二次外延生長(zhǎng)形成外延窗口層8。
[0041]布拉格反射器3的中心區(qū)域位于局部摻雜突變區(qū)7的正下方。布拉格反射器3的中心區(qū)域的面積>局部摻雜突變區(qū)7的面積。襯底I和緩沖層2所用材料相同，材料具體為GaAs。布拉格反射器3由AlGaAs/AlGaAs的重復(fù)單兀組成。局部摻雜突變區(qū)7由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體材料具體為P型半導(dǎo)體材料。上電極9所用材料為Au/BeAu/Au,下電極10所用材料為GeAu/Au。
[0042]布拉格反射器3的外圍區(qū)域?yàn)椴祭穹瓷淦餮趸瘏^(qū)11。布拉格反射器3包括高鋁含量層和低鋁含量層。高鋁含量層具體為高鋁含量的AlGaAs層，鋁含量為90 %，低鋁含量層具體為低鋁含量的AlGaAs層，鋁含量為O %。
[0043]襯底I表面可能存在缺陷，直接生長(zhǎng)布拉格反射器3以及后續(xù)各層，可能導(dǎo)致缺陷增多；形成緩沖層2的目的是屏蔽襯底I表面缺陷，為后續(xù)各生長(zhǎng)層提供理想的GaAs表面。
[0044]上包覆層6和外延窗口層8材料相同，局部摻雜突變區(qū)7包括低摻雜層和高摻雜層；低摻雜層通過對(duì)上包覆層6進(jìn)行光刻和刻蝕形成，上包覆層6的上表面屬于高摻雜層，
約幾千A的厚度，外延窗口層8的整體為高摻雜層，即外延窗口層8的摻雜與上包覆層6上表面的摻雜相同或者相近。發(fā)光區(qū)5不摻雜，起始摻雜濃度相同，濃度不連續(xù)，高低濃度交界區(qū)即局部摻雜突變區(qū)7。上電極9要設(shè)置在局部摻雜突變區(qū)7的正上方，切割時(shí)要保證上電極9位于芯片中心位置。局部摻雜突變區(qū)7為電流阻擋層，主要起到電流阻擋的作用。下電極10通過真空鍍膜的方式制備，即蒸鍍操作。
[0045]布拉格反射器3從材料體系、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和降低串電阻方法等方面在發(fā)光二極管中應(yīng)用有著良好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。布拉格反射器3可以是多個(gè)或多層。高鋁含量層和低鋁含量層交疊分布形成布拉格反射器3。布拉格反射器3的外圍區(qū)域被氧化形成布拉格反射器氧化區(qū)11，布拉格反射器3的中心區(qū)域不含氧化鋁。氧化鋁與半導(dǎo)體材料相比折射率高，用氧化鋁做布拉格反射器3的高折射率材料加大高低折射率材料的折射率差值，提高布拉格反射器3的反射系數(shù)，但氧化鋁不導(dǎo)電。
[0046]局部摻雜突變區(qū)7區(qū)域的方塊電阻大于周圍區(qū)域，當(dāng)電流從電極注入到半導(dǎo)體材料中時(shí)，電流自然向方塊電阻低的區(qū)域擴(kuò)展，從而減少載流子在電極正下方輻射復(fù)合的幾率，減少電極擋光導(dǎo)致的光損失，同時(shí)引入局部高反射率布拉格反射器3，與局部摻雜突變區(qū)7有機(jī)配合，大大提高器件的光提取效率，約提高一倍。
[0047]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，自下而上依次包括襯底(I)、緩沖層(2)、布拉格反射器(3)、下包覆層(4)、發(fā)光層(5)、上包覆層￠)、局部摻雜突變區(qū)(7)、外延窗口層(8)、上電極(9)和下電極(10)，所述局部摻雜突變區(qū)(7)位于所述上電極(9)的正下方，在所述襯底(I)上通過第一次外延生長(zhǎng)依次形成所述緩沖層(2)、所述布拉格反射器(3)、所述下包覆層(4)、所述發(fā)光層(5)和所述上包覆層￠)，通過第二次外延生長(zhǎng)形成所述外延窗口層(8) ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)的中心區(qū)域位于所述局部摻雜突變區(qū)(7)的正下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)的中心區(qū)域的面積>所述局部摻雜突變區(qū)(7)的面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)的外圍區(qū)域?yàn)椴祭穹瓷淦餮趸瘏^(qū)(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)包括高鋁含量層和低鋁含量層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述高鋁含量層具體為高鋁含量的AlGaAs層或高鋁含量的AlGaInP層，鋁含量范圍為80%?100%，所述低鋁含量層具體為低鋁含量的AlGaAs層或低鋁含量的AlGaInP層，鋁含量范圍為
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述布拉格反射器(3)由AlGaAs/AlGaAs、AlGaAs/AlGalnP、AlGalnP/AlGalnP 或 AlGalnP/AlGaAs 的重復(fù)單兀組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?7任一項(xiàng)所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述襯底(I)和所述緩沖層(2)所用材料相同，所述材料具體為GaAs ;所述局部摻雜突變區(qū)(7)由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，所述半導(dǎo)體材料具體為P型半導(dǎo)體材料，所述P型半導(dǎo)體材料具體為GaP。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種四元發(fā)光二極管，其特征在于，所述上電極(9)所用材料為Au/BeAu/Au,所述下電極(10)所用材料為GeAu/Au。
【文檔編號(hào)】H01L33/02GK203932092SQ201420308163
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】杜曉東 申請(qǐng)人:北京太時(shí)芯光科技有限公司